DE4306464A1 - High voltage bipolar transistor - comprises high resistance collector layer formed on low resistance collector layer - Google Patents
High voltage bipolar transistor - comprises high resistance collector layer formed on low resistance collector layerInfo
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Verbesserung einer umfassenden elektrischen Charakteristik einschließlich einer Hochspannungscharakteristik und einer Niederspan nungscharakteristik in einem Hochspannungsleistungs-Darling ton-Transistor.The present invention relates to an improvement a comprehensive electrical characteristic including a high voltage characteristic and a low voltage characteristic in a high-voltage power darling ton transistor.
Die Erfindung bezieht sich auch auf eine umfassende Techno logie zur Verbesserung einer Hochspannungscharakteristik sowohl eines Hochspannungsleistungs-Transistors als auch ei nes Darlington-Transistors.The invention also relates to extensive techno logic to improve a high voltage characteristic both a high voltage power transistor and egg Darlington transistor.
Fig. 44 ist ein Schaltschema, das eine Konfiguration eines Leistungstransistors zeigt, der in einer zweistufigen Dar lington-Schaltung (Darlington-Transistor) verbunden angeord net ist. Wie es in Fig. 44 dargestellt ist, besteht der Dar lington-Transistor aus zwei Stufen; der Emitter eines Bipo lartransistors Q1 der ersten Stufe ist mit einer Basis eines Bipolartransistors Q2 einer zweiten Stufe verbunden, und die jeweiligen Kollektoren der Transistoren Q1 und Q2 sind ge meinsam miteinander verbunden. Widerstände R1 und R2 sind jeweils zwischen Emittern und Basen der Transistoren Q1 und Q2 vorgesehen. Fig. 44 is a circuit diagram showing a configuration of a power transistor connected in a two-stage Dar lington circuit (Darlington transistor) connected angeord net. As shown in Fig. 44, the Darington transistor consists of two stages; the emitter of a bipolar transistor Q1 of the first stage is connected to a base of a bipolar transistor Q2 of a second stage, and the respective collectors of the transistors Q1 and Q2 are connected together. Resistors R1 and R2 are provided between emitters and bases of transistors Q1 and Q2, respectively.
Fig. 45 zeigt eine Schnittansicht einer Konfiguration des zweistufigen Darlington-Transistors. Wie es in Fig. 45 ge zeigt ist, ist eine Kollektorschicht mit hohem Widerstand 11 auf einer Kollektorschicht mit niedrigem Widerstand 12 ge bildet. Ein Basisbereich 21 ist in einem Bereich A1 in einer oberen Partie der Kollektorschicht mit hohem Widerstand 11 gebildet, während ein Basisbereich 22 in einem Bereich A2 in der gleichen Partie gebildet ist, und Emitterbereiche 31 und 32 sind jeweils in Oberflächen der Basisbereiche 21 und 22 selektiv gebildet. Eine Kollektorelektrode 5 ist auf einer Oberfläche der Kollektorschicht mit niedrigem Widerstand 12 gebildet, eine Basiselektrode 6 ist auf dem Basisbereich 21 des Transistors Q1 gebildet, eine Emitterelektrode 7 ist auf dem Emitterbereich 32 des Transistors Q2 gebildet, und eine Basis-Emitter-Verbindungselektrode 8 ist vom Emitterbereich 31 des Transistors Q1 bis hin zum Basisbereich 22 des Tran sistors Q2 gebildet. Die Bezugszeichen 4, 18 und 19 bezeich nen jeweils einen Oxidfilm, ein Schutzring und einen Kanal stop. Fig. 45 is a sectional view showing a configuration of the two-stage Darlington transistor. As shown in FIG. 45, a high resistance collector layer 11 is formed on a low resistance collector layer 12 . A base region 21 is formed in a region A1 in an upper part of the high resistance collector layer 11 , while a base region 22 is formed in a region A2 in the same part, and emitter regions 31 and 32 are selective in surfaces of the base regions 21 and 22 , respectively educated. A collector electrode 5 is formed on a surface of the low resistance collector layer 12 , a base electrode 6 is formed on the base region 21 of the transistor Q1, an emitter electrode 7 is formed on the emitter region 32 of the transistor Q2, and a base-emitter connection electrode 8 formed from the emitter region 31 of the transistor Q1 to the base region 22 of the transistor Q2. Reference numerals 4 , 18 and 19 each denote an oxide film, a protective ring and a channel stop.
In dieser gesamten Beschreibung wird ein Widerstand der Kol lektorschicht mit hohem Widerstand 11 als "Kollektorwider stand ρN⁻" bezeichnet, während eine Dicke der Kollektor schicht mit hohem Widerstand direkt unterhalb der Basisbe reiche 21 und 22 als "Kollektordicke tN⁻" bezeichnet wird.Throughout this description, a resistance of the collector layer with high resistance 11 is referred to as "collector resistance ρN⁻", while a thickness of the collector layer with high resistance directly below the base regions 21 and 22 is referred to as "collector thickness tN⁻".
Im folgenden wird eine Bewertung einer verfügbaren oberen Grenzspannung in einem derartigen Transistor beschrieben.The following is an assessment of an available top Limit voltage described in such a transistor.
Transistoren haben verschiedene Arten von Nennspannung, je doch gibt es keine anerkannte Theorie, die eine Erklärung aller Arten von verfügbaren oberen Grenzspannungen von Tran sistoren liefert. Um die Umstände vorläufig in größerem De tail zu erklären, werden zunächst Definitionen verschiedener Arten von Transistornennspannungen beschrieben. Transistors have different types of rated voltage, each yet there is no accepted theory that can explain it all types of available Tran upper limit voltages sistors supplies. For the time being in larger De To explain tail, definitions are first different Types of nominal transistor voltages described.
Die Größen, welche die Nennspannung eines Transistors be schreiben, umfassen die folgenden:The sizes that the nominal voltage of a transistor be writing include the following:
Die charakteristische Größe BVCBO stellt die Spannung dar, bei der Durchbruchsstrom zu fließen beginnt, wenn die Span nung zwischen dem Kollektor und der Basis langsam erhöht wird, wobei der Emitter offen ist. Der zu betrachtende Durchbruchsstrom beträgt ca. 0,1 mA bei einem Leistungstran sistor. Die Größe wird in dieser Beschreibung als "Emitter öffnungs-Durchbruchsspannung" bezeichnet.The characteristic quantity BV CBO represents the voltage at which breakdown current begins to flow when the voltage between the collector and the base is slowly increased, with the emitter open. The breakdown current to be considered is approximately 0.1 mA for a power transistor. The size is referred to in this specification as "emitter opening breakdown voltage".
Die charakteristische Größe BVCEO bezeichnet die Spannung, bei der ein Durchbruchsstrom zu fließen beginnt, wenn die Spannung zwischen dem Kollektor und dem Emitter langsam er höht wird, wobei die Basis offen ist. Der zu betrachtende Durchbruchsstrom beträgt ca. 10 mA bei einem Leistungstran sistor. Die Größe wird in dieser Beschreibung als "Basisöff nungs-Durchbruchsspannung" bezeichnet.The BV CEO characteristic is the voltage at which a breakdown current begins to flow when the voltage between the collector and the emitter slowly increases, with the base open. The breakdown current to be considered is approx. 10 mA for a power transistor. The size is referred to as "base opening breakdown voltage" in this description.
Ein Spannungswert in einem Zustand, in dem ein großer Betrag an Strom fließt und Spannung beibehalten wird, wird als "Haltespannung" bezeichnet. Es gibt zwei Arten von Halte spannung, nämlich VCEO(SUS) und VCEX(SUS).A voltage value in a state where a large amount of current flows and voltage is maintained is called a "holding voltage". There are two types of holding voltage, namely V CEO (SUS) and V CEX (SUS).
Die Haltespannung VCEO(SUS) ist die Emitter-Kollektor-Span nung, die in einem Zustand gemessen wird, in dem kein Basis strom in Rückwärtsrichtung IB2 eines Transistors T1 fließt, sondern nur Basisstrom in Vorwärtsrichtung IB1 in einem in Fig. 46 gezeigten Schaltkreis fließt. Die Größe wird in die ser Beschreibung als "Haltespannung vom ersten Typ" bezeich net.The withstand voltage V CEO (SUS) is the emitter-collector voltage measured in a state in which no base current flows in the reverse direction IB2 of a transistor T1, but only base current in the forward direction IB1 in a circuit shown in FIG. 46 flows. The size is referred to in this description as "withstand voltage of the first type".
Die Frage, wie die Meßresultate der Haltespannung vom ersten Typ VCEO(SUS) interpretiert werden sollten, gibt oft Anlaß zu Verwirrung. Der Grund hierfür ist im folgenden erklärt:The question of how the measurement results of the withstand voltage of the first type V CEO (SUS) should be interpreted often gives rise to confusion. The reason for this is explained below:
Bei vielen Leistungstransistoren ist ein Widerstand gewöhn lich parallel zwischen deren Basen und Emittern angelegt. Der Hauptgrund hierfür ist, daß eine Vorderstufe eines in Darlingtonschaltung verbundenen Transistors während ihrer AUS-Zeit zwischen der Basis und dem Emitter in Rückwärtsrichtung vorgespannt ist. Des weiteren ist der Ef fekt zu erwarten, daß stabile Operation im Austausch gegen rapiden Spannungswechsel zwischen Kollektor und Emitter er reicht wird. Dies bezieht sich darauf, daß solch ein Spannungswechsel einen Strom dazu veranlaßt, durch einen Kondensator zwischen dem Kollektor und der Basis zum Emitter zu fließen, was substantiell das Gleiche bedeutet, daß der Strom von der Basis zum Emitter fließt. Mit anderen Worten kann Umleitung des gleichwertigen Stroms von der Basis zum Emitter durch den Widerstand instabilen Betrieb des Transi stors verhindern, wenn ein Widerstand parallel zwischen der Basis und dem Emitter angelegt ist.With many power transistors, a resistor is common Lich parallel between their bases and emitters. The main reason for this is that a front stage of one in Darlington connected transistor during their OFF time between the base and the emitter in Is biased in the reverse direction. Furthermore, the Ef expected to be stable operation in exchange for rapid voltage changes between the collector and emitter is enough. This refers to the fact that such a Voltage change causes a current to flow through a Capacitor between the collector and the base to the emitter to flow, which essentially means the same thing that the Current flows from the base to the emitter. In other words can divert the equivalent current from base to Emitter due to the unstable operation of the Transi Prevent stors when there is a resistor in parallel between the Base and the emitter is created.
Aus diesem Grund ist in vielen Fällen ein Widerstand paral lel zwischen der Basis und dem Emitter angeschlossen, und der Widerstand zwischen der Basis und dem Emitter ermöglicht gleichmäßiges Fließen des hauptsächlich schwachen Basis stroms in Rückwärtsrichtung IB2, auch wenn der externe Ba sisstrom in Rückwärtsrichtung IB2 gleich Null ist. Der Grund hierfür liegt darin, daß der Emitter des Vorderstufentransi stors während der EIN-Zeit des Transistors bei einem endli chen Potential auf einem bestimmten Niveau ist, und es da durch möglich wird, daß ein Strom vom Emitter durch den Wi derstand zu der Basis fließt.For this reason, resistance is paral in many cases lel connected between the base and the emitter, and the resistance between the base and the emitter allows even flow of the mainly weak base currents in the reverse direction IB2, even if the external Ba Sisstrom in the reverse direction IB2 is zero. The reason this is because the emitter of the front stage transi stors during the ON time of the transistor at an endli potential is at a certain level and there through it is possible that a current from the emitter through the Wi the flow to the base.
Deshalb kann ein gemessener Wert der Haltespannung vom er sten Typ VCEO(SUS) unter Niedrigspannung im großen Naßstab variieren, in Abhängigkeit des Widerstandswertes. Die Meßbe dingungen haben zur Folge, daß der gemessene Wert der Halte spannung vom ersten Typ eine Variation aufweist. Solch ein Einfluß wird jedoch relativ vermindert, sobald der gemessene Strom größer wird.Therefore, a measured value of the holding voltage of the first type V CEO (SUS) under low voltage can vary in the large wet rod, depending on the resistance value. The result of the measuring conditions is that the measured value of the holding voltage of the first type has a variation. However, such an influence is relatively reduced as soon as the measured current becomes larger.
Eine typische Haltespannung vom ersten Typ VCEO(SUS) ist ein Wert in dem Fall, wenn zwischen der Basis und dem Emitter kein Widerstand vorhanden ist. In diesem Fall ist der gemes sene Wert der Haltespannung vom ersten Typ VCEO(SUS) unter konstantem Strom theoretisch gleich der Basisöffnungs-Durch bruchsspannung BVCEO.A typical holding voltage of the first type V CEO (SUS) is a value in the case when there is no resistance between the base and the emitter. In this case, the measured value of the holding voltage of the first type V CEO (SUS) under constant current is theoretically equal to the basic opening breakdown voltage BV CEO .
Anders als die Messung einer weiter unten erwähnten Halte spannung vom zweiten Typ VCEX(SUS) hat sich experimentell gezeigt, daß die Messung der Haltespannung vom ersten Typ VCEO(SUS) relativ sicher mit einer geringen Durchbruchsge fahr durchgeführt werden kann.In contrast to the measurement of a holding voltage of the second type V CEX (SUS) mentioned below, it has been shown experimentally that the measurement of the holding voltage of the first type V CEO (SUS) can be carried out relatively safely with a low breakdown risk.
Andererseits wird die Haltespannung VCEX(SUS) dadurch gemes sen, daß der Basisstrom in Rückwärtsrichtung IB2 gemäß Fig. 47 gezeigt in den Schaltkreis gemäß Fig. 46 geleitet wird, nachdem der Basisstrom in Vorwärtsrichtung IB1 geleitet wird. Obwohl VCC in Fig. 47 eine niedrige Spannung von etwa 10 V bis hin zu einigen zehn Volt ist, wird an einen gemes senen Transistor Hochspannung angelegt, wobei ein Strom fließt, welcher fast derselbe ist wie derjenige, welcher während seiner EIN-Zeit fließt, weil eine Veränderung des Laststroms die Induktivität einer Last dazu bringt, eine entgegengesetzte elektromotorische Kraft zu induzieren, so bald der Transistor abzuschalten beginnt. Falls in dem ge messenen Transistor keine Klemmenschaltung enthalten ist, erhöht sich die Spannung über gegenüberliegenden Anschlüssen des gemessenen Transistors bis zu einer Spannungshaltefähig keit des Transistors. In der vorliegenden Beschreibung wird diese Größe als "Haltespannung vom zweiten Typ" bezeichnet. Die Messung der Haltespannung vom zweiten Typ VCEX(SUS) ist ein extrem präziser Test, der bei einfacher Durchführung zum Durchbruch der meisten gemessenen Transistoren führen würde. Es ist daher eine übliche Vorgehensweise, eine kapazitive Leistungsquelle, für welche eine niedrigere Spannung als die Haltespannung des gemessenen Transistors vorgegeben ist, und eine damit in Reihe geschaltete Diode parallel zwischen den Kollektor und den Emitter zu schalten, so daß keine über der an der Leistungsquelle vorgegebenen Spannung liegende Span nung an den gemessenen Transistor angelegt wird.On the other hand, the holding voltage V CEX (SUS) is measured by passing the base current in the reverse direction IB2 shown in FIG. 47 into the circuit shown in FIG. 46 after the base current is conducted in the forward direction IB1. Although V CC in Fig. 47 is a low voltage of about 10 V up to several tens of volts, a high voltage is applied to a measured transistor, and a current flows that is almost the same as that flowing during its ON time because changing the load current causes the inductance of a load to induce an opposite electromotive force as soon as the transistor starts to turn off. If no terminal circuit is included in the measured transistor, the voltage across opposite terminals of the measured transistor increases up to a voltage holding capacity of the transistor. In the present description, this quantity is referred to as "holding voltage of the second type". The measurement of the withstand voltage of the second type V CEX (SUS) is an extremely precise test that would lead to the breakdown of most of the measured transistors if carried out simply. It is therefore a common practice to connect a capacitive power source, for which a lower voltage than the withstand voltage of the measured transistor is specified, and a diode connected in series therewith in parallel between the collector and the emitter, so that none above that at the power source predetermined voltage voltage is applied to the measured transistor.
Obwohl die "Basisöffnungs-Durchbruchsspannung BVCEO" oder die "Haltespannung des ersten Typs VCEO(SUS)" weit verbrei tet waren als Möglichkeiten, die Spannungsbelastbarkeit bei Transistoren anzugeben, gab es in den letzten Jahren eine Tendenz, die "Haltespannung des zweiten Typs VCEX(SUS)" da für zu ersetzen. Es steht fest, daß die Leistungsfähigkeit vorhandener Produkte höher geworden ist als der Bereich, der von der konventionellen Basisöffnungs-Durchbruchsspannung BVCEO oder der Haltespannung des ersten Typs VCEO(SUS) fest gelegt wird, aber hierfür gab es keine anerkannte theoreti sche Unterstützung. (Ebenso gibt es keine anerkannte Unter stützung für die Theorie, daß die Basisöffnungs-Durchbruchs spannung BVCEO oder die Haltespannung des ersten Typs VCEO(SUS) eine Grenze für Transistoren darstellt. Although the "base opening breakdown voltage BV CEO " or the "withstand voltage of the first type V CEO (SUS)" were widely used as ways to indicate the voltage carrying capacity of transistors, there has been a tendency in recent years to use the "withstand voltage of the second type V CEX (SUS) "because to replace. It is clear that the performance of existing products has become higher than the range defined by the conventional basic opening breakdown voltage BV CEO or the holding voltage of the first type V CEO (SUS), but there has been no recognized theoretical support for this. (Likewise, there is no accepted support for the theory that the base breakdown voltage BV CEO or the withstand voltage of the first type V CEO (SUS) is a limit for transistors.
Der gemessene Strom der herkömmlichen Haltespannung VCEX(SUS) oder VCEO(SUS) ist in den meisten Fällen unabhän gig vom Nennstrom im gemessenen Transistor etwa 1 A, und solch ein Wert kann keine Garantie für die verfügbare Ober grenzenspannung des Transistors geben. Dies kommt daher, weil die Messung der Haltespannung VCEX(SUS) oder VCEO(SUS) als eine Art von Eigenschaft der Fertigkeitsspannung durchgeführt wird, und die konventionelle Nennspannung in Transistoren läßt ein Konzept der "Durchbruchsgrenze", wel che in Situationen, in denen ein grober Strom fließt, eine Garantie für die Betriebsspannung darstellt, vollständig vermissen.The measured current of the conventional holding voltage V CEX (SUS) or V CEO (SUS) is in most cases independent of the nominal current in the measured transistor about 1 A, and such a value cannot guarantee the available upper limit voltage of the transistor. This is because the measurement of the withstand voltage V CEX (SUS) or V CEO (SUS) is performed as a kind of property of the skill voltage, and the conventional nominal voltage in transistors leaves a concept of the "breakdown limit", which in situations, in that a coarse current flows, a guarantee for the operating voltage, completely miss.
Die Betriebsspannung in der Situation, in der ein großer Strom fließt, ist in der Zeichnung einer sicheren Betriebs zone dargestellt, welche nichts mit einem Festigkeitsspan nungsnennwert zu tun hat. Die sichere Betriebszone (Fig. 48 illustriert die sichere Betriebszone) ist definiert durch eine Hüllkurve, die sich auf Strom-Spannungsbedingungen be zieht, unter denen die Vorrichtung bei der Messung des Schaltkreises aus Fig. 46 tatsächlich zerstört wird, unter der Bedingung, daß eine Lastinduktivität und Versorgungs spannung (VCC) bestimmt werden, so daß ein grober Strom fliegen kann. Eine vertikale Grenzlinie auf der Hochspan nungsseite und eine horizontale Grenzlinie auf der Hoch stromseite gründen sich nicht auf tatsächliche Messung eines Durchbruchs. Die Obergrenze auf der Hochspannungsseite ist bei der Nennspannung RV angesetzt. Die Obergrenze auf der Hochstromseite ist bei einem Wert angesetzt, der ungefähr doppelt so hoch ist wie der Nennstrom RC. Beide beziehen sich nicht auf die tatsächliche Leistungsfähigkeit eines Transistors, aber es wird hiermit vom Hersteller eine garan tierte Zone für sicheren Betrieb gewährleistet.The operating voltage in the situation in which a large current flows is shown in the drawing of a safe operating zone, which has nothing to do with a nominal voltage rating. The safe operating zone ( Fig. 48 illustrates the safe operating zone) is defined by an envelope which relates to current-voltage conditions under which the device is actually destroyed when measuring the circuit of Fig. 46, provided that a Load inductance and supply voltage (VCC) are determined so that a coarse current can fly. A vertical boundary line on the high voltage side and a horizontal boundary line on the high current side are not based on actual measurement of a breakdown. The upper limit on the high voltage side is set at the nominal voltage RV. The upper limit on the high current side is set at a value that is approximately twice the nominal current RC. Neither relates to the actual performance of a transistor, but the manufacturer guarantees a guaranteed zone for safe operation.
Bei Transistoren gibt es das unklare Problem des sekundären Durchbruchs, und deshalb waren Transistoren lange Zeit nicht für allgemeinen Hochspannungsbetrieb geeignet. Die sichere Betriebszone wurde vor gar nicht so langer Zeit benannt. (Auch in der gegenwärtigen Phase wird die sichere Betriebs zone nicht als Nennwert, sondern als typische Angabe darge stellt.) Damals war es kaum vorstellbar, daß man Transisto ren als die Hauptelemente für einen Inverter in einem Im pulsbreiten-Modulationsverfahren verwenden würde. Man begann jedoch, Transistoren, die für solch einen Inverter geeignet sind, als Produkte für allgemeine Zwecke herzustellen, und ihre Kurzschluß-Ermüdungsgrenze begann 1983 ernste Schwie rigkeiten zu bereiten.With transistors there is the unclear problem of the secondary Breakthrough, and therefore transistors were not for a long time suitable for general high-voltage operation. The safe one Operating zone was named not so long ago. (Even in the current phase, the safe operation zone not as nominal value, but rather as typical information Back then it was hard to imagine that Transisto ren as the main elements for an inverter in an Im would use pulse width modulation. You started however, transistors suitable for such an inverter are to be manufactured as general purpose products, and her short-circuit fatigue limit started serious in 1983 to prepare.
Genau genommen ist die "sichere Betriebszone" eine "sichere Betriebszone der Vorspannung in Rückwärtsrichtung", was re levant ist für einen Durchbruch, der während der AUS-Zeit eines Transistors hervorgerufen wird, welcher einen Schalt vorgang durchführt. Dies wird unter Bedingungen in der Nähe der höchstmöglichen Spannung und des höchstmöglichen Nenn stroms gemessen.Strictly speaking, the "safe operating zone" is a "safe one" Operating zone of the reverse bias "what re Levant is for a breakthrough that occurs during the OFF time of a transistor is caused, which a switching operation. This will happen in nearby conditions the highest possible voltage and the highest possible nominal current measured.
Des weiteren umfaßt die "sichere Betriebszone" eine "sichere Betriebszone der Vorwärtsspannung". Diese bezieht sich auf eine Einschränkung einer Betriebszone, welche durch lokalen Temperaturanstieg während der EIN-Zeit eines Transistors verursacht wird und unter Bedingungen ungefährer mittlerer Spannung und mittleren Stroms (z. B. gemessen unter Bedingun gen zwischen 10 und 100 V und einigen A für einen Transistor mit praktischer Anwendungsspannung von 200 V) gemessen wird. Furthermore, the "safe operating zone" includes a "safe Forward Voltage Operating Zone ". This refers to a restriction of an operating zone, which is limited by local Temperature rise during the ON time of a transistor is caused and under conditions of approximate mean Voltage and mean current (e.g. measured under conditions between 10 and 100 V and a few A for a transistor with a practical application voltage of 200 V).
Vor relativ kurzer Zeit war eine Durchbruchsermüdungsgrenze des Durchbruches weit bekannt, die nicht mit dem Konzept der "sicheren Betriebszone" ausgedrückt werden kann. Hier han delt es sich um eine "Durchbruchsermüdungsgrenze durch Kurz schluß". Die Durchbruchsermüdungsgrenze durch Kurzschluß ist eine Art von Ermüdungsgrenze unter Vorwärtsspannung, unter scheidet sich aber von der herkömmlich bevorzugten "sicheren Betriebszone der Vorwärtsspannung" in Spannungs- und Stromzonen.A breakthrough fatigue limit was relatively recently of the breakthrough widely known, not with the concept of "safe operating zone" can be expressed. Here it goes it is a "breakthrough fatigue limit by short "The breakthrough fatigue limit due to short circuit is a kind of fatigue limit under forward tension, under differs from the conventionally preferred "safe Forward tension operating zone "in tension and Current zones.
Wenn sich insbesondere ein Lastkurzschluß ereignet, flieht ein vier- bis sechsmal so großer Strom wie der Nennstrom, während eine Hochspannung angelegt ist, die etwa 80% der Haltespannung vom ersten Typ des VCEO(SUS) Nennwerts be trägt. Eine Betriebszone in diesem Fall ist einer konventionellen sicheren Zone weit überlegen.In particular, when a load short circuit occurs, a current four to six times the nominal current flees while a high voltage is applied that is approximately 80% of the withstand voltage of the first type of V CEO (SUS) nominal value. An operating zone in this case is far superior to a conventional safe zone.
Wie beschrieben worden ist, kann man eine sehr grobe Viel falt von Phasen des Transistordurchbruchs sehen. Gegenwärtig ist ein Zustand insbesondere in der Nachbarschaft der Span nungsschwellenzone der sicheren Betriebszone noch unbekannt.As has been described, one can get a very rough lot see fold of phases of transistor breakdown. Currently is a state particularly in the neighborhood of the Span The threshold of the safe operating zone is still unknown.
Solch eine unklare Situation kann durch die Tatsache bewie sen werden, daß das Wesentliche des Phänomens des Durch bruchs eines Hochspannungs-Hochstrombereichs in einem Tran sistor noch nicht verstanden worden ist, wobei Hersteller und Anwender dies einfach als ein Phänomen behandeln.Such an unclear situation can be proven by the fact that the essence of the phenomenon of through break of a high voltage high current area in a tran sistor has not yet been understood, being manufacturer and users just treat this as a phenomenon.
Immerhin sollte der gegenwärtige Zustand als Zustand ver standen werden, bei dem gilt "empirische Messung ist das al lein verläßliche Kriterium". After all, the current state should ver as a state "empirical measurement is the al no reliable criterion ".
Zur Zeit repräsentieren die "600 V" eines "600 V-Transi stors" für eine 220 V-Wechselstromleitung einen garantierten Wert der Haltespannung vom zweiten Typ VCEX(SUS). Als-dieses Produkt vor mehreren Jahren handelsmäßig verfügbar wurde, wies es eine 450 V-Garantie auf die Haltespannung vom ersten Typ VCEO(SUS) aus und wurde "450 V-Transistor" bezeichnet. Für die Verwendung unter 220 V Wechselstrom-Versorgungsspan nung benötigt man einen Transistor, welcher ungefähr 450 V Spannung einschließlich erhöhter Spannung bei Gleichrich tung, Spannungsstoß, und eine Änderung in der Versorgungs spannung aushalten kann, aber zu jenen Zeiten oder noch frü her war die obere Betriebsspannungsgrenze von Transistoren mit der Basisöffnungs-Durchbruchsspannung BVCEO oder der Haltespannung vom ersten Typ VCEO(SUS) dargestellt worden.At the moment, the "600 V" of a "600 V transistor" for a 220 V AC line represent a guaranteed value of the holding voltage of the second type V CEX (SUS). When this product became commercially available several years ago, it had a 450 V guarantee on the withstand voltage of the first type V CEO (SUS) and was called "450 V transistor". For use under 220 VAC supply voltage, a transistor is required which can withstand approximately 450 V voltage including increased voltage in rectification, surge, and a change in supply voltage, but at those times or earlier, the upper one was Operating voltage limit of transistors with the base opening breakdown voltage BV CEO or the holding voltage of the first type V CEO (SUS).
Bei den gegenwärtig im Handel verfügbaren Transistoren mit 220 V-Wechselstromleitung gibt es im Grunde kein Problem, und es scheint, daß sie eine genügend lange Geschichte der praktischen Verwendung haben (mehr als zehn Jahre).With the currently available transistors with 220 V AC line there is basically no problem and it seems that they have a long enough history of have practical use (more than ten years).
Bei 600 V-Transistoren, die für 220 V-Wechselstromleitung verwendet werden, hat sich in der Vergangenheit erwiesen, daß sie mit einer Kollektorfilmdicke tN⁻ bis 60 µm eine ausreichende Durchbruchsgrenze aufweisen. Um den Nennwert der Haltespannung vom ersten Typ VCEO(SUS) zu erfüllen, muß der Kollektorwiderstand ρN⁻ ungefähr 40 Ωcm oder mehr, ein schließlich fertigungsbedingter Toleranzen betragen, wobei 40 bis 60 Ωcm verwendet wurden.With 600 V transistors used for 220 V AC lines, it has been shown in the past that they have a sufficient breakdown limit with a collector film thickness tN⁻ up to 60 µm. In order to meet the nominal voltage rating of the first type V CEO (SUS), the collector resistance ρN⁻ must be approximately 40 Ωcm or more, including manufacturing tolerances, using 40 to 60 Ωcm.
Im folgenden wird beschrieben, wie beim Entwerfen eines Transistors für höhere Spannung auf der Grundlage des Expe riments über die Transistoren für 220 V-Wechselstromleitung der bedeutungsvollste Kollektorwiderstand ρN⁻ und Kollek torfilmdicke tN⁻ bestimmt werden.The following describes how to design a Higher voltage transistor based on the expe riments on the transistors for 220 V AC line the most significant collector resistance ρN⁻ and collector gate film thickness tN⁻ can be determined.
Bei der Herstellung eines Leistungstransistors, der für die Verwendung unter Hochspannung geeignet ist, stellt sich nicht nur eine statische Festigkeitsspannungseigenschaft, sondern auch eine Durchbruchsgrenze als Hindernis ein. Es ist empirisch gut bekannt, daß die Durchbruchsgrenze mei stens von der Kollektorfilmdicke tN⁻ abhängt, und daß eine Dicke erforderlich ist, die in einem Verhältnis mit der zu verwendenden Spannung steht.In the manufacture of a power transistor that is designed for the Use under high voltage turns out not just a static tensile stress property, but also a breakthrough limit as an obstacle. It is empirically well known that the breakthrough limit mei depends on the collector film thickness tN⁻, and that one Thickness is required, which is in proportion to that using voltage.
Fig. 49 zeigt eine Verteilung der elektrischen Feldstärke der Schicht mit hohem Widerstand (die Kollektorschicht mit hohem Widerstand 11 in Fig. 45) an einem Punkt, an dem der Durchbruch eines Transistors für 220 V-Wechselstromleitung und der eines Transistors für die doppelte Spannung beginnt. Ein Bereich 11 zeigt eine elektrische Feldstärke des Transi stors für 220 V-Wechselstromleitung, während ein Bereich I eine Spannungszunahme zeigt. Ein absoluter Wert einer Nei gung des elektrischen Feldes steht in umgekehrt proportiona lem Verhältnis zum Kollektorwiderstand ρN⁻. Fig. 49 shows a distribution of the electric field strength of the high resistance layer (the high resistance collector layer 11 in Fig. 45) at a point where the breakdown of a 220V AC line transistor and that of a double voltage transistor begins . A region 11 shows an electric field strength of the transistor for 220 V AC line, while a region I shows a voltage increase. An absolute value of an inclination of the electric field is in inversely proportional relationship to the collector resistance ρN⁻.
Obwohl die Kollektorfilmdicke tN⁻ im Hinblick auf die Durch bruchsgrenze verdoppelt werden muß, reicht dies nicht aus, um die statische Festigkeitsspannung (integrierter Wert der elektrischen Feldstärke) zu verdoppeln. Mit anderen Worten muß der Kollektorwiderstand, wie aus der Fig. 49 ersichtlich ist, verdoppelt werden, damit sich der integrierte Wert der elektrischen Feldstärke verdoppelt. Although the collector film thickness tN⁻ must be doubled with regard to the breakdown limit, this is not sufficient to double the static strength stress (integrated value of the electric field strength). In other words, as can be seen in FIG. 49, the collector resistance must be doubled so that the integrated value of the electric field strength doubles.
Auf diese Weise gelang es herkömmlicherweise, Transistoren für die Verwendung unter hoher Spannung geeignet zu machen, indem man im Grunde die Kollektorfilmdicke t⁻ und den Kollektorwiderstand ρN⁻ im Verhältnis zueinander ver größerte.In this way, transistors have traditionally been successful to make it suitable for use under high voltage, by basically t Kolle the collector film thickness and the Ver collector resistance ρN⁻ in relation to each other largest.
Dies hatte zur Folge, daß der Transistor, der für eine 220 V-Wechselspannungsleitung verwendet wurde, mit t⁻ von unge fähr 60 µm und ρN⁻ von ungefähr 40 bis 60 Ωcm hergestellt wurde, während der Transistor, der für eine 440 V-Wechsel spannungsleitung verwendet wurde, mit tN⁻ von ungefähr 120 µm und ρN⁻ von ungefähr 80 bis 120 Ωcm hergestellt wurde.As a result, the transistor, which is for a 220th V-AC voltage line was used, with t⁻ from unge made about 60 µm and ρN⁻ from about 40 to 60 Ωcm was while the transistor, which is for a 440 V change power line was used, with tN⁻ of approximately 120 µm and ρN⁻ of approximately 80 to 120 Ωcm was produced.
Bei dem wie oben erwähnt für Hochspannung entworfenen Tran sistor (d. h. dem Transistor für 440 V-Wechselspannungslei tung) ereignet sich jedoch ein zufälliger Durchbruch immer noch mit einer größeren Häufigkeit als derjenigen, mit wel cher er sich im Transistor für 220 V-Wechselspannungsleitung ereignet. Obwohl erwartet werden muß, daß ein Spannungsan stieg selbst einige Schwierigkeiten verursacht, bleibt doch die Möglichkeit, daß der Transistor für 440 V-Wechselstrom leitung noch nicht optimiert ist, und daß es wünschenswert ist, ihn zu verbessern.In the Tran designed for high voltage as mentioned above sistor (i.e. the transistor for 440 V AC voltage However, a random breakthrough always occurs even more frequently than that with which he is in the transistor for 220 V AC line occurs. Although it must be expected that a voltage application rose itself caused some difficulties, but remains the possibility that the transistor for 440 V AC line is not yet optimized and that it is desirable is to improve it.
Demgemäß ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Prinzip zu formulieren, wodurch eine verfügbare obere Grenz spannung von Transistoren erklärt wird, und gemäß diesem Prinzip die Hochspannungseigenschaft eines Hochspan nungsleistungs-Transistors zu verbessern.Accordingly, it is an object of the present invention Formulate principle, creating an available upper limit voltage of transistors is explained, and according to this Principle the high voltage property of a high chip Power transistor to improve.
Es ist desweiteren Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine umfassende elektrische Eigenschaft, einschließlich einer Hochspannungseigenschaft und einer Niederspannungseigen schaft in einem Hochspannungsleistungs-Darlington-Transistor zu verbessern. It is a further object of the present invention to provide a comprehensive electrical property, including one High voltage property and a low voltage property shaft in a high voltage power Darlington transistor to improve.
Nach der vorliegenden Erfindung weist ein Bipolartransistor auf: eine Kollektorschicht mit niedrigem Widerstand; eine Kollektorschicht mit hohem Widerstand, die auf der Kollek torschicht mit niedrigem Widerstand gebildet ist und deren Widerstand höher eingestellt ist als ein Widerstand der Kol lektorschicht mit niedrigem Widerstand; einen Basisbereich, der in einer Oberfläche der Kollektorschicht mit hohem Wi derstand gebildet ist; und einen Emitterbereich, der in ei ner Oberfläche des Basisbereichs gebildet ist; dadurch gekennzeichnet, daß ein Verhältnis ρ/t eines Widerstands ρ (Ωcm) der Kollektorschicht mit hohem Widerstand zu einer Filmdicke t(µm) der Kollektorschicht mit hohem Widerstand unmittelbar unterhalb dem Basisbereich 0,6 oder weniger be trägt.According to the present invention, a bipolar transistor on: a low resistance collector layer; a High resistance collector layer on the collector Gate layer is formed with low resistance and their Resistance is set higher than a resistance of the Kol low resistance detector layer; a basic area that in a surface of the collector layer with high Wi the status is formed; and an emitter region that is in egg a surface of the base portion is formed; thereby characterized in that a ratio ρ / t of a resistance ρ (Ωcm) of the collector layer with high resistance to one Film thickness t (µm) of the collector layer with high resistance just below the base area 0.6 or less wearing.
Vorzugsweise weist der Bipolartransistor des weiteren eine auf dem Basisbereich gebildete Basiselektrode auf; und eine auf dem Emitterbereich gebildete Emitterelektrode.The bipolar transistor preferably also has one base electrode formed on the base region; and a emitter electrode formed on the emitter region.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf einen Dar lington-Transistor, der aufweist: einen auf einem ersten Halbleitersubstrat gebildeten ersten Bipolartransistor; und einen auf einem zweiten Halbleitersubstrat gebildeten zwei ten Bipolartransistor; wobei der erste und zweite Bipolar transistor in einer Darlingtonschaltung verbunden sind und eine Vorderstufe des ersten Bipolartransistors und eine Rückstufe des zweiten Bipolartransistors aufweisen; der er ste Bipolartransistor eine erste Kollektorschicht mit nied rigem Widerstand umfaßt, eine auf der ersten Kollektor schicht mit niedrigem Widerstand gebildete erste Kollektor schicht mit hohem Widerstand, deren Widerstand höher einge stellt ist als ein Widerstand der ersten Kollektorschicht mit niedrigem Widerstand, einen in einer Oberfläche der er sten Kollektorschicht mit hohem Widerstand gebildeten ersten Basisbereich, und einen in einer Oberfläche des ersten Ba sisbereiches gebildeten ersten Emitterbereich; der zweite Bipolartransistor eine zweite Kollektorschicht mit niedrigem Widerstand umfaßt, eine auf der zweiten Kollektorschicht mit niedrigem Widerstand gebildete zweite Kollektorschicht mit hohem Widerstand, deren Widerstand höher eingestellt ist als ein Widerstand der zweiten Kollektorschicht mit niedrigem Widerstand, einen in einer Oberfläche der zweiten Kollektor schicht mit hohem Widerstand gebildeten zweiten Basisbe reich, und einen in einer Oberfläche der zweiten Kollektor schicht mit hohem Widerstand gebildeten zweiten Basisbe reich, und einen in einer Oberfläche des zweiten Basisbe reichs gebildeten zweiten Emitterbereich; dadurch ge kennzeichnet, daß ein Widerstand der ersten Kollektorschicht mit hohem Widerstand höher eingestellt ist als ein Wider stand der zweiten Kollektorschicht mit hohem Widerstand.The present invention also relates to a dar Lington transistor comprising: one on a first Semiconductor substrate formed first bipolar transistor; and one formed on a second semiconductor substrate th bipolar transistor; the first and second bipolar transistor are connected in a Darlington circuit and a front stage of the first bipolar transistor and one Have the second stage of the second bipolar transistor; the he bipolar transistor a first collector layer with low resistance, one on the first collector layer formed with low resistance first collector layer with high resistance, whose resistance turned higher is a resistance of the first collector layer with low resistance, one in a surface of it most collector layer formed with high resistance first Base area, and one in a surface of the first Ba first emitter region formed; the second Bipolar transistor a second low collector layer Resistance includes, one on the second collector layer low resistance formed second collector layer high resistance whose resistance is set higher than a resistance of the second low collector layer Resistance, one in a surface of the second collector layer formed with high resistance second Basisbe rich, and one in one surface of the second collector layer formed with high resistance second Basisbe rich, and one in a surface of the second base richly formed second emitter region; thereby ge indicates that a resistance of the first collector layer with a high resistance is set higher than a counter was the second collector layer with high resistance.
Vorzugsweise ist eine Filmdicke der ersten Kollektorschicht mit hohem Widerstand unmittelbar unterhalb des ersten Basisbereichs kleiner eingestellt als eine Filmdicke der zweiten Kollektorschicht mit hohem Widerstand unmittelbar unterhalb des zweiten Basisbereichs.A film thickness of the first collector layer is preferred with high resistance just below the first Base area set smaller than a film thickness of second collector layer with high resistance immediately below the second base area.
Vorzugsweise sind erste bis M-te (eine ganze Zahl gleich 2 oder größer) Transistoren in Darlingtonschaltung verbunden, wobei ein Transistor der m-ten Stufe (1 m < M) als Vorder stufentransistor vorgesehen ist; und ein Transistor der (m+1)-ten Stufe als Rückstufentransistor vorgesehen ist.Preferably, first to Mth (an integer equal to 2 or larger) transistors connected in Darlington connection, with a transistor of the m-th stage (1 m <M) as the front stage transistor is provided; and a transistor the (m + 1) -th stage is provided as a step-down transistor.
Vorzugsweise sind M = 2 und m = 1; der Widerstand eines Transistors der ersten Stufe des Vorderstufentransistors be trägt 110 Ωcm und die Filmdicke 110 µm; und der Widerstand eines Transistors der zweiten Stufe des Rückstufentransi stors beträgt 45 Ωcm und die Filmdicke 160 µm.Preferably M = 2 and m = 1; the resistance of one Be the first stage transistor of the front stage transistor carries 110 Ωcm and the film thickness 110 µm; and the resistance a transistor of the second stage of the reverse stage transi stors is 45 Ωcm and the film thickness is 160 µm.
Vorzugsweise sind N = 3 und m = 1; der Widerstand eines Transistors der ersten Stufe des Vorderstufentransistors be trägt 120 Ωcm und die Filmdicke 80 µm; und der Widerstand eines Transistors der zweiten Stufe des Rückstufentransi stors beträgt 45 Ωcm und die Filmdicke 140 µm.Preferably N = 3 and m = 1; the resistance of one Be the first stage transistor of the front stage transistor carries 120 Ωcm and the film thickness 80 µm; and the resistance a transistor of the second stage of the reverse stage transi stors is 45 Ωcm and the film thickness is 140 µm.
Vorzugsweise sind M = 4 und m = 3; der Widerstand eines Transistors der dritten Stufe des Vorderstufentransistors beträgt 120 Ωcm und die Filmdicke 80 µm; und der Widerstand eines Transistors der vierten Stufe des Rückstufentransi stors beträgt 45 Ωcm und die Filmdicke 140 µm.Preferably M = 4 and m = 3; the resistance of one Third stage transistor of the front stage transistor is 120 Ωcm and the film thickness is 80 µm; and the resistance a transistor of the fourth stage of the reverse stage transi stors is 45 Ωcm and the film thickness is 140 µm.
Vorzugsweise sind M = 4 und in = 2; der Widerstand eines Transistors der zweiten Stufe des Vorderstufentransistors beträgt 120 Ωcm und die Filmdicke 80 µm; und der Widerstand eines Transistors der dritten Stufe des Rückstufentransi stors beträgt 45 Ωcm und die Filmdicke 140 µm.Preferably M = 4 and in = 2; the resistance of one Second stage transistor of the front stage transistor is 120 Ωcm and the film thickness is 80 µm; and the resistance a transistor of the third stage of the reverse stage transi stors is 45 Ωcm and the film thickness is 140 µm.
Vorzugsweise sind M = 4 und m = 1; der Widerstand eines Transistors der ersten Stufe des Vorderstufentransistors be trägt 120 Ωcm und die Filmdicke 80 µm; und der Widerstand eines Transistors der zweiten Stufe des Rückstufentransi stors beträgt 45 Ωcm und die Filmdicke 140 µm.Preferably M = 4 and m = 1; the resistance of one Be the first stage transistor of the front stage transistor carries 120 Ωcm and the film thickness 80 µm; and the resistance a transistor of the second stage of the reverse stage transi stors is 45 Ωcm and the film thickness is 140 µm.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfah ren zur Herstellung eines Bipolartransistors, welches einen ersten Schritt zur Bildung einer Kollektorschicht mit hohem Widerstand auf einer Kollektorschicht mit niedrigem Wider stand umfaßt, um seinen Widerstand höher einzustellen als einen Widerstand der Kollektorschicht mit niedrigem Wider stand; einen zweiten Schritt zur Bildung eines Basisbereichs in einer Oberfläche der Kollektorschicht mit hohem Wider stand; und einen dritten Schritt zur Bildung eines Emitter bereichs in einer Oberfläche des Basisbereichs; dadurch ge kennzeichnet, daß ein Verhältnis ρ/t eines Widerstands r (cm) der Kollektorschicht mit hohem Widerstand unmittelbar unterhalb des Basisbereichs 0,6 oder weniger beträgt. The present invention also relates to a method ren for the production of a bipolar transistor, which a first step to form a collector layer with high Resistance on a low resistance collector layer stood to set its resistance higher than a low resistance resistance of the collector layer was standing; a second step to form a base area in a surface of the collector layer with high resistance was standing; and a third step to form an emitter area in a surface of the base area; thereby ge indicates that a ratio ρ / t of a resistor r (cm) of the high resistance collector layer immediately below the base range is 0.6 or less.
Vorzugsweise weist ein Verfahren zur Herstellung eines Bi polartransistors weiterhin nachfolgend auf den dritten Schritt einen vierten Schritt zur Bildung einer Basiselek trode auf dem Basisbereich; und einen fünften Schritt zur Bildung einer Emitterelektrode auf dem Emitterbereich auf.A method for producing a bi Polar transistor continues to follow the third Step a fourth step to form a base electrode trode on the base area; and a fifth step to Formation of an emitter electrode on the emitter area.
Vorzugsweise weist der erste Schritt die Schritte auf der Herstellung eines einkristallinen Siliziumstabs; Bestrahlung des einkristallinen Siliziumstabs mit Neutronen, um in dem einkristallinen Siliziumstab einen Bereich mit hohem Wider stand zu bilden; Schneiden des einkristallinen Siliziumstabs in ein Halbleitersubstrat, das von dem Bereich mit hohem Wi derstand gebildet ist; Einführung einer Verunreinigung in die Vorder- und Hinteroberflächen des Halbleitersubstrats, um einen Bereich mit niedrigem Widerstand in der Vorder- und Hinteroberfläche des Halbleitersubstrats zu bilden; und Schneiden des in der Oberfläche des Halbleitersubstrats ge bildeten Bereichs mit niedrigem Widerstand, um den im Halbleitersubstrat verbleibenden Bereich mit hohem Wider stand als Kollektorschicht mit hohem Widerstand zu definie ren, und um den in der Hinteroberfläche des Halbleitersub strats gebildeten Bereich mit niedrigem Widerstand als Kol lektorschicht mit niedrigem Widerstand zu definieren.The first step preferably has the steps on the Manufacture of a single crystalline silicon rod; Radiation of the single crystalline silicon rod with neutrons in order to monocrystalline silicon rod an area with high resistance stood to form; Cutting the single-crystal silicon rod into a semiconductor substrate separated from the high wi the status is formed; Introduction of an impurity in the front and back surfaces of the semiconductor substrate, around a low resistance area in the front and Form the rear surface of the semiconductor substrate; and Cutting the ge in the surface of the semiconductor substrate formed low resistance area around the im Semiconductor substrate remaining area with high resistance was defined as a collector layer with high resistance ren, and around in the back surface of the semiconductor sub strats formed area with low resistance as Kol to define the low resistance detector layer.
Vorzugsweise umfaßt der erste Schritt die Schritte der Her stellung eines Halbleitersubstrats, das aus einem Bereich mit niedrigem Widerstand gebildet ist; und Bildung einer Schicht, die aus einem Bereich mit hohem Widerstand auf dem Halbleitersubstrat durch epitaxiales Aufwachsen gebildet ist, um das Halbleitersubstrat außer der genannten Schicht als die Kollektorschicht mit niedrigem Widerstand zu defi nieren und die Schicht als die Kollektorschicht mit hohem Widerstand zu definieren.Preferably the first step comprises the steps of position of a semiconductor substrate that consists of an area is formed with low resistance; and forming one Layer that consists of a high resistance area on the Semiconductor substrate formed by epitaxial growth is to the semiconductor substrate except for the layer mentioned to defi as the low resistance collector layer kidneys and the layer as the collector layer with high Define resistance.
Vorzugsweise umfaßt der zweite Schritt die Schritte der Bil dung eines Oxidfilms auf einer Oberfläche der Kollektor schicht mit hohem Widerstand; Strukturierung des Oxidfilms; und Diffundierung einer Verunreinigung eines vorgegebenen Leitfähigkeitstyps bis zu einer bestimmten Tiefe in der Kollektorschicht mit hohem Widerstand in einer oxidierenden Atmosphäre, um den Basisbereich zu bilden.Preferably the second step comprises the steps of Bil formation of an oxide film on a surface of the collector high resistance layer; Structuring of the oxide film; and diffusing contamination of a given one Conductivity type to a certain depth in the High resistance collector layer in an oxidizing Atmosphere to form the base area.
Vorzugsweise umfaßt der dritte Schritt die Schritte der Bil dung eines Oxidfilms auf einer Oberfläche der Kollektor schicht mit hohem Widerstand; Strukturierung des Oxidfilms; and Diffundierung einer Verunreinigung eines Leitfähigkeits typs, welcher unterschiedlich ist von derjenigen des vorge gebenen, bis zu einer bestimmten Tiefe in der Kollektor schicht mit hohem Widerstand in einer oxidierenden Atmo sphäre, um den Emitterbereich zu bilden.Preferably the third step comprises the steps of Bil formation of an oxide film on a surface of the collector high resistance layer; Structuring of the oxide film; and diffusing a contamination of a conductivity type, which is different from that of the pre given to a certain depth in the collector layer with high resistance in an oxidizing atmosphere sphere to form the emitter area.
Die vorliegende Erfindung ist auch vorgesehen für ein Ver fahren zur Herstellung eines Darlington-Transistors, welches die Schritte umfaßt zur Bildung eines ersten Bipolartransi stors in einem ersten Halbleitersubstrat; zur Bildung eines zweiten Bipolartransistors in einem zweiten Halbleitersub strat; und zur Anordnung des ersten und zweiten Bipolartran sistors in Darlington-Schaltung, mit einer Vorderstufe des ersten Bipolartransistors und einer Rückstufe des zweiten Bipolartransistors; den Schritt zur Bildung des ersten Bipo lartransistors einschließlich der Schritte zur Bildung einer ersten Kollektorschicht mit hohem Widerstand auf einer er sten Kollektorschicht mit niedrigem Widerstand, um ihren Wi derstand höher einzustellen als einen Widerstand der ersten Kollektorschicht mit niedrigem Widerstand; Bildung eines er sten Basisbereichs in einer Oberfläche der ersten Kollektor schicht mit hohem Widerstand; und Bildung eines ersten Emit terbereichs in einer Seite des ersten Basisbereichs; den Schritt zur Bildung des zweiten Bipolartransistors ein schließlich der Schritte zur Bildung einer zweiten Kollek torschicht mit hohem Widerstand auf einer zweiten Kol lektorschicht mit niedrigem Widerstand, um ihren Widerstand höher einzustellen als einen Widerstand der zweiten Kollek torschicht mit niedrigem Widerstand; Bildung eines zweiten Basisbereichs in einer Oberfläche der zweiten Kollektor schicht mit hohem Widerstand; und Bildung eines zweiten Emitterbereichs in einer Oberfläche des zweiten Basisbe reichs; dadurch gekennzeichnet, daß ein Widerstand der er sten Kollektorschicht mit hohem Widerstand höher eingestellt ist als ein Widerstand der zweiten Kollektorschicht mit ho hem Widerstand.The present invention is also intended for a ver drive to manufacture a Darlington transistor, which comprises the steps of forming a first bipolar transistor stors in a first semiconductor substrate; to form a second bipolar transistor in a second semiconductor sub strat; and the arrangement of the first and second bipolar trans sistors in Darlington circuit, with a front stage of the first bipolar transistor and a return stage of the second Bipolar transistor; the step to form the first bipo lartransistors including the steps to form a first collector layer with high resistance on one he most collector layer with low resistance to their Wi the level higher than a resistance of the first Low resistance collector layer; Formation of a he most base area in a surface of the first collector high resistance layer; and formation of a first emit ter area in one side of the first base area; the Step to form the second bipolar transistor finally the steps to create a second college High resistance gate layer on a second col low resistance detector layer to increase their resistance higher than a resistance of the second collector low resistance gate layer; Formation of a second Base area in a surface of the second collector high resistance layer; and forming a second Emitter region in a surface of the second base area empire; characterized in that a resistance of he most collector layer with high resistance set higher is as a resistance of the second collector layer with ho hem resistance.
Vorzugsweise ist eine Filmdicke der ersten Kollektorschicht mit hohem Widerstand unmittelbar unterhalb des ersten Basisbereichs kleiner als eine Filmdicke der ersten Kollektorschicht mit hohem Widerstand unmittelbar unterhalb des zweiten Basisbereichs. Gemäß der vorliegenden Erfindung halten der Bipolartransistor gemäß Patentanspruch 1 und der in einem Verfahren gemäß Patentanspruch 4 hergestellte Bipo lartransistor das Verhältnis ρ/t des Widerstands ρ (Ωcm) der Kollektorschicht mit hohem Widerstand zu der Filmdicke t (µm) der Kollektorschicht mit hohem Widerstand unmittelbar unterhalb des Basisbereichs bei 0,6 oder geringer, und des halb kann die Hochspannungseigenschaft verstärkt werden.A film thickness of the first collector layer is preferred with high resistance just below the first Base area less than a film thickness of the first High resistance collector layer immediately below of the second base area. According to the present invention keep the bipolar transistor according to claim 1 and the Bipo produced in a process according to claim 4 lartransistor the ratio ρ / t of the resistance ρ (Ωcm) the high resistance collector layer to the film thickness t (µm) of the high resistance collector layer immediately below the base range at 0.6 or less, and the the high-voltage property can be increased by half.
Der Darlington-Transistor gemäß Patentanspruch 2 und der in einem Verfahren gemäß Patentanspruch 5 hergestellte Darling ton-Transistor haben einen Widerstand der ersten Kollektor schicht mit hohem Widerstand des Vorderstufen-Bipolartransi stors, der höher ist als derjenige der zweiten Kollektor schicht mit hohem Widerstand des Rückstufen-Bipolartransi stors, und deshalb ist es möglich, eine gute Durchbruchs grenze in einem Hochspannungsbereich zu erhalten, ohne daß sich eine Ermüdungsgrenze gegen Kurzschluß verschlechtert.The Darlington transistor according to claim 2 and in a method produced according to claim 5 darling ton transistor have a resistance of the first collector layer with high resistance of the front stage bipolar transistor stors, which is higher than that of the second collector layer with high resistance of the regression bipolar transistor stors, and therefore it is possible to have a good breakthrough limit in a high voltage range without a fatigue limit against short circuit deteriorates.
Darüber hinaus haben der Darlington-Transistor gemäß Pa tentanspruch 3 und der in einem Verfahren gemäß Pa tentanspruch 6 hergestellte Darlington-Transistor eine ge ringere Filmdicke der ersten Kollektorschicht mit hohem Wi derstand unmittelbar unterhalb des ersten Basisbereichs des Vorderstufen-Bipolartransistors als diejenige der zweiten Kollektorschicht mit hohem Widerstand unmittelbar unterhalb des zweiten Basisbereichs des Rückstufen-Bipolartransistors, und deshalb kann die Niederspannungseigenschaft (Sättigungsspannung) verbessert werden.In addition, the Darlington transistor according to Pa claim 3 and in a process according to Pa Claim 6 manufactured Darlington transistor a ge thinner film thickness of the first collector layer with high Wi the level immediately below the first base area of the Front stage bipolar transistor than that of the second High resistance collector layer immediately below the second base region of the backstage bipolar transistor, and therefore the low voltage property (Saturation voltage) can be improved.
Diese und weitere Merkmale, Aspekte und Vorteile der vorlie genden Erfindung sind näher erläutert in der folgenden de taillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung in Ver bindung mit den zugehörigen Zeichnungen.These and other features, aspects and advantages of this ing invention are explained in more detail in the following de waisted description of the present invention in ver binding with the associated drawings.
Es zeigt:It shows:
Fig. 1 eine Kurve, die Ergebnisse der Messung einer Ermü dungsgrenze des Rückwärtsspannungsdurchbruches zeigt, bei der der Basisstrom in Rückwärtsrichtung verändert wird; Fig. 1 is a graph showing results of measuring a reverse voltage breakdown fatigue limit at which the base current is changed in the reverse direction;
Fig. 2 eine Kurve, die das interne elektrische Feld bei Anlegung einer Hochspannung zwischen-einem Kollektor und ei nem Emitter eines NPN-Transistors zeigt; Fig. 2 is a graph showing the internal electric field when a high voltage is applied between a collector and an emitter of an NPN transistor;
Fig. 3 ein Schaltschema, das eine Anordnung eines Schalt kreises für einen Kurzschlußdurchbruchstest zeigt; Fig. 3 is a circuit diagram showing an arrangement of a circuit for a short circuit breakdown test;
Fig. 4 ein Wellenformdiagramm, das einen an einen in Fig. 3 gezeigten Transistor angelegten Basisstrom zeigt; Fig. 4 is a waveform diagram showing a base current applied to a transistor shown in Fig. 3;
Fig. 5 eine Kurve, die das Phänomen eines Kurzschluß durchbruchs in einem Transistor zeigt; Fig. 5 is a graph showing the phenomenon of short-circuit breakdown in a transistor;
Fig. 6 eine Kurve, die das Phänomen eines Kurzschluß durchbruchs in einem Darlington-Transistor zeigt; Fig. 6 is a graph showing the phenomenon of a short-circuit breakdown in a Darlington transistor;
Fig. 7 eine Kurve, die Veränderungen der Durchbruchs spannung und des Durchbruchsstroms in einem NPN-Transistor zeigt; Fig. 7 is a graph showing changes in breakdown voltage and breakdown current in an NPN transistor;
Fig. 8 eine Schnittansicht, die eine Anordnung eines dreistufigen Darlington-Transistors einer ersten bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; Fig. 8 is a sectional view showing an arrangement of a three-stage Darlington transistor of a first preferred embodiment of the present invention;
Fig. 9 eine Draufsicht, die den Darlington-Transistor der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt, welcher in einem einzigen Gehäuse installiert ist; Fig. 9 is a plan view showing the Darlington transistor of the first preferred embodiment installed in a single package;
Fig. 10 eine Kurve einer Messung einer Kurzschlußermü dungsgrenze eines Darlington-Transistors; FIG. 10 is a graph of a measurement of a load limit Kurzschlußermü a Darlington transistor;
Fig. 11 ein Diagramm, das ein Verfahren zur Herstellung des Darlington-Transistors gemäß der ersten bevorzugten Aus führungsform zeigt; FIG. 11 is a diagram showing a method of manufacturing of the Darlington transistor according to the first preferred guide die;
Fig. 12 ein Diagramm, das ein Verfahren zur Herstellung des Darlington-Transistors der ersten bevorzugten Aus führungsform zeigt; Fig. 12 is a diagram showing a method of manufacturing the Darlington transistor of the first preferred embodiment;
Fig. 13 eine Schnittansicht, die ein Verfahren zur Her stellung des Darlington-Transistors der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt; FIG. 13 is a sectional view, the position of a process for the preparation of the Darlington transistor of the first preferred embodiment;
Fig. 14 eine Schnittansicht, die ein Verfahren zur Her stellung des Darlington-Transistors der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt; FIG. 14 is a sectional view, the position of a process for the preparation of the Darlington transistor of the first preferred embodiment;
Fig. 15 eine Schnittansicht, die ein Verfahren zur Her stellung des Darlington-Transistors der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt; FIG. 15 is a sectional view, the position of a process for the preparation of the Darlington transistor of the first preferred embodiment;
Fig. 16 eine Schnittansicht, die ein Verfahren zur Her stellung des Darlington-Transistors der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt; Fig. 16 is a sectional view showing a method for the manufacture of the Darlington transistor of the first preferred embodiment;
Fig. 17 eine Schnittansicht, die ein Verfahren zur Her stellung des Darlington-Transistors der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt; FIG. 17 is a sectional view, the position of a process for the preparation of the Darlington transistor of the first preferred embodiment;
Fig. 18 eine Schnittansicht, die ein Verfahren zur Her stellung des Darlington-Transistors der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt; FIG. 18 is a sectional view, the position of a process for the preparation of the Darlington transistor of the first preferred embodiment;
Fig. 19 eine Schnittansicht, die ein Verfahren zur Her stellung des Darlington-Transistors der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt; FIG. 19 is a sectional view, the position of a process for the preparation of the Darlington transistor of the first preferred embodiment;
Fig. 20 eine Schnittansicht, die ein Verfahren zur Her stellung des Darlington-Transistors der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt; FIG. 20 is a sectional view, the position of a process for the preparation of the Darlington transistor of the first preferred embodiment;
Fig. 21 eine Schnittansicht, die ein Verfahren zur Her stellung des Darlington-Transistors der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt; Fig. 21 is a sectional view showing a method for the manufacture of the Darlington transistor of the first preferred embodiment;
Fig. 22 eine Schnittansicht, die ein Verfahren zur Her stellung des Darlington-Transistors der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt; FIG. 22 is a sectional view, the position of a process for the preparation of the Darlington transistor of the first preferred embodiment;
Fig. 23 eine Schnittansicht, die ein Verfahren zur Her stellung des Darlington-Transistors der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt; FIG. 23 is a sectional view, the position of a process for the preparation of the Darlington transistor of the first preferred embodiment;
Fig. 24 eine Schnittansicht, die ein Verfahren zur Her stellung des Darlington-Transistors der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt; FIG. 24 is a sectional view, the position of a process for the preparation of the Darlington transistor of the first preferred embodiment;
Fig. 25 eine Schnittansicht, die ein Verfahren zur Her stellung des Darlington-Transistors der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt; FIG. 25 is a sectional view, the position of a process for the preparation of the Darlington transistor of the first preferred embodiment;
Fig. 26 eine Schnittansicht, die ein Verfahren zur Her stellung des Darlington-Transistors der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt; FIG. 26 is a sectional view, the position of a process for the preparation shows the Darlington transistor of the first preferred embodiment;
Fig. 27 eine Schnittansicht, die ein Verfahren zur Her stellung des Darlington-Transistors der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt; Fig. 27 is a sectional view, the position of a process for the preparation of the Darlington transistor of the first preferred embodiment;
Fig. 28 eine Schnittansicht, die ein Verfahren zur Her stellung des Darlington-Transistors der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt; FIG. 28 is a sectional view, the position of a process for the preparation of the Darlington transistor of the first preferred embodiment;
Fig. 29 eine Schnittansicht, die ein Verfahren zur Her stellung des Darlington-Transistors der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt; FIG. 29 is a sectional view, the position of a process for the preparation of the Darlington transistor of the first preferred embodiment;
Fig. 30 eine Schnittansicht, die ein Verfahren zur Her stellung des Darlington-Transistors der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt; FIG. 30 is a sectional view, the position of a process for the preparation of the Darlington transistor of the first preferred embodiment;
Fig. 31 eine Schnittansicht, die ein Verfahren zur Her stellung des Darlington-Transistors der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt; FIG. 31 is a sectional view, the position of a process for the preparation of the Darlington transistor of the first preferred embodiment;
Fig. 32 eine Schnittansicht, die ein Verfahren zur Her stellung des Darlington-Transistors der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt; FIG. 32 is a sectional view, the position of a process for the preparation of the Darlington transistor of the first preferred embodiment;
Fig. 33 eine Schnittansicht, die ein Verfahren zur Her stellung des Darlington-Transistors der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt; FIG. 33 is a sectional view, the position of a process for the preparation of the Darlington transistor of the first preferred embodiment;
Fig. 34 eine Schnittansicht, die ein Verfahren zur Her stellung des Darlington-Transistors der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt; Fig. 34 is a sectional view, the position of a process for the preparation of the Darlington transistor of the first preferred embodiment;
Fig. 35 eine Schnittansicht, die ein Verfahren zur Her stellung des Darlington-Transistors der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt; FIG. 35 is a sectional view, the position of a process for the preparation of the Darlington transistor of the first preferred embodiment;
Fig. 36 eine Schnittansicht, die ein Verfahren zur Her stellung des Darlington-Transistors der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt; FIG. 36 is a sectional view, the position of a process for the preparation of the Darlington transistor of the first preferred embodiment;
Fig. 37 eine Schnittansicht, die eine Anordnung eines zweistufigen Darlington-Transistors einer zweiten bevorzug ten Ausführungsform zeigt; FIG. 37 is a sectional view showing an arrangement of a two-stage Darlington transistor of a second Favor th embodiment;
Fig. 38 eine Schnittansicht, die eine Anordnung eines dreistufigen Darlington-Transistors einer dritten bevorzug ten Ausführungsform zeigt; Fig. 38 is a sectional view showing an arrangement of a three-stage Darlington transistor of a third preferred embodiment;
Fig. 39 eine Schnittansicht, die eine Anordnung eines vierstufigen Darlington-Transistors einer vierten bevorzug ten Ausführungsform zeigt; FIG. 39 is a sectional view showing an arrangement of a four-stage Darlington-transistor of a fourth Favor th embodiment;
Fig. 40 eine Schnittansicht, die eine Anordnung eines vierstufigen Darlington-Transistors einer fünften bevorzug ten Ausführungsform zeigt; FIG. 40 is a sectional view showing an arrangement of a four-stage Darlington transistor a fifth Favor th embodiment;
Fig. 41 eine Schnittansicht, die eine Anordnung eines vierstufigen Darlington-Transistors einer sechsten bevorzug ten Ausführungsform zeigt; FIG. 41 is a sectional view showing an arrangement of a four-stage Darlington transistor a sixth Favor th embodiment;
Fig. 42 eine Schnittansicht, die eine Anordnung eines dreistufigen Darlington-Transistors einer siebten bevorzug ten Ausführungsform zeigt; Fig. 42 is a sectional view showing an arrangement of a three-stage Darlington transistor of a seventh preferred embodiment;
Fig. 43 eine Schnittansicht, die eine Anordnung eines vierstufigen Darlington-Transistors einer achten bevorzugten Ausführungsform zeigt; FIG. 43 is a sectional view showing an arrangement of a four-stage Darlington transistor to an eighth preferred embodiment;
Fig. 44 einen Schaltplan, der eine Anordnung eines zwei stufigen Darlington-Transistors zeigt; Fig. 44 is a circuit diagram showing an arrangement of a two-stage Darlington transistor;
Fig. 45 eine Schnittansicht, die eine Anordnung eines zweistufigen Darlington-Transistors zeigt; FIG. 45 is a sectional view showing an arrangement of a two-stage Darlington transistor;
Fig. 46 ein Schaltplan zur Erklärung der Haltespannung; Fig. 46 is a circuit diagram for explaining the withstand voltage;
Fig. 47 ein Wellenformdiagramm zur Erklärung der Hal tespannung; Fig. 47 is a waveform diagram for explaining the holding voltage;
Fig. 48 eine Kurve zur Erklärung einer sicheren Be triebszone; und Fig. 48 operating zone is a graph for explaining a safe Be; and
Fig. 49 eine Kurve, die eine Verteilung einer elektrischen Feldstärke einer Kollektorschicht mit hohem Widerstand zeigt. Fig. 49 is a graph showing a distribution of electric field strength of a collector layer having a high resistance.
Bevor beispielhafte Anordnungen bevorzugter Ausführungsfor men der vorliegenden Erfindung erklärt werden, sollen Tatsa chen, die vom Erfinder der vorliegenden Erfindung beobachtet wurden, und Theorien, die auf deren Grundlagen erstellt wur den, in Bezug auf einen NPN-Transistor erklärt werden.Before exemplary arrangements of preferred embodiments According to the present invention, Tatsa chen observed by the inventor of the present invention and theories based on their foundations which are explained in relation to an NPN transistor.
Diese Theorien sind grob in zwei Gruppen, oder im Hinblick auf Besonderheiten in drei Gruppen, eingeteilt.These theories are roughly divided into two groups, or in terms divided into three groups.
Bei einem NPN-Transistor mußWith an NPN transistor must
ρN⁻ (Ωcm) < 0,6 × tN⁻ (µm) (1)ρN⁻ (Ωcm) <0.6 × tN⁻ (µm) (1)
in seiner Anordnung erfüllt sein.be fulfilled in its order.
Insbesondere kann die vorstehende Gleichung (1), wenn eine Rate "r" alsIn particular, the above equation (1), if one Rate "r" as
r = ρN⁻ (Ωcm)/tN⁻ (µm) (2)r = ρN⁻ (Ωcm) / tN⁻ (µm) (2)
definiert ist, folgendermaßen ausgedrückt werden:is defined as follows:
0 < r < 0,6 (3)0 <r <0.6 (3)
"Ein Kollektorwiderstand ρN⁻ einer Vorderstufe eines Transistors, der in Darlingtonschaltung verbunden ist, sollte größer sein als ein Kollektorwiderstand ρN⁻ seiner Rückstufe.""A collector resistance ρN⁻ of a front stage of a Transistor connected in Darlington circuit should be greater than a collector resistance ρN⁻ its Reverse stage. "
"Bei einem in Darlingtonschaltung verbundenen Transistor sollte die obenstehende Theorie 2-1 erfüllt sein, und zu sätzlich sollte eine Kollektorfilmdicke tN⁻ in einer Vorder stufe des Transistors kleiner sein als eine Kollektorfilm dicke tN⁻ in seiner Rückstufe.""With a transistor connected in Darlington circuit should the above theory 2-1 be satisfied, and too in addition, there should be a collector film thickness tN⁻ in one front level of the transistor can be smaller than a collector film thick tN⁻ in its back stage. "
Fig. 1 zeigt Ergebnisse einer Messung, bei der eine Durch
bruchsgrenze durch Rückwärtsspannung, welche in dem in Fig. 46
gezeigten Schaltkreis gemessen wurde, unter Veränderung
des Basisstroms in Rückwärtsrichtung gemessen wurde, wobei
der helle Kreis eine Ortskurve einer Haltewellenform einer
Probe mit ρN⁻ = 45 Ωcm ist;
der schwarze Kreis ein Durchbruchspunkt der Probe mit ρN⁻ =
45 Ωcm ist;
das helle Dreieck eine Ortskurve einer Haltewellenform einer
Probe mit ρN⁻ = 80 Ωcm ist; und
das schwarze Dreieck ein Durchbruchspunkt der Probe mit ρN⁻
= 80 Ωcm ist. Fig. 1 shows results of a measurement in which a breakthrough limit by reverse voltage, which was measured in the circuit shown in Fig. 46, was measured while changing the base current in the reverse direction, the bright circle a locus of a holding waveform of a sample with ρN⁻ = 45 Ωcm;
the black circle is a breakthrough point of the sample with ρN⁻ = 45 Ωcm;
the light triangle is a locus of a holding waveform of a sample with ρN⁻ = 80 Ωcm; and
the black triangle is a breakthrough point of the sample with ρN⁻ = 80 Ωcm.
Bei diesen Widerständen ist eine lineare Wellenform, welche
am nächsten zu einer Niederspannungsseite ist, eine Wellen
form der Haltespannung vom ersten Typ VCEO(SUS). Die Kollek
torfilmdicke t⁻ beider Proben ist etwa 140 µm. Aus den Er
gebnissen ihrer Messung ergibt sich, daß gilt:
"Verstärkung des Basisstroms in Rückwärtsrichtung IB2 veran
laßt die Haltewellenform, sich nach rückwärts zu verbiegen
und sich auch zu einer Hochspannungsseite hinzubewegen."With these resistors, a linear waveform that is closest to a low voltage side is a hold voltage of the first type V CEO (SUS). The collector film thickness t⁻ of both samples is about 140 µm. From the results of their measurement it follows that:
"Amplification of the base current in the reverse direction IB2 causes the holding waveform to bend backwards and also to move to a high voltage side."
Ein Durchbruchspunkt einer relativ niedrigen Spannung, der durch die nach rechts unten geneigte gestrichelte Linie dar gestellt ist, wird durch den sogenannten Rückwärtsstrom durchbruch hervorgerufen. Der durch die horizontale Strich punktlinie dargestellte Durchbruchspunkt ist ein Punkt, an dem sich der Durchbruch ereignet, während ein Stromwert, der die Haltewellenform befolgt, verstärkt wird. Es gab fast keine Berichte über die Art des letzteren Durchbruchspunkts. Man erkennt jedoch lediglich durch Betrachtung von Fig. 1, daß ein konstanter Wert in Abhängigkeit von einem Widerstand dargestellt ist. Der Erfinder der vorliegenden Erfindung er kannte empirisch, daß der Durchbruch in dieser Betriebsart nur vom Widerstand bestimmt wird. A breakdown point of a relatively low voltage, which is represented by the dashed line inclined downward to the right, is caused by the so-called reverse current breakdown. The breakdown point represented by the horizontal chain line is a point at which the breakdown occurs while a current value that follows the sustain waveform is amplified. There have been almost no reports of the nature of the latter breakthrough point. However, it can only be seen by looking at FIG. 1 that a constant value is shown as a function of a resistance. The inventor of the present invention knew empirically that the breakdown in this mode is determined only by the resistance.
Es folgt eine Erklärung des Zusammenhangs zwischen der Durchbruchsgrenze und einem Kollektorwiderstand ρN⁻.The following explains the relationship between the Breakthrough limit and a collector resistance ρN⁻.
Der bedeutungsvollste Faktor, der zu einem Strom-Spannung- Verhältnis eines Transistors in einem Hochspannungsbereich beiträgt, ist die Elektronenvervielfachung. Ein Spannungszu wachs verursacht einen Zuwachs in der Erzeugung von Elektro nen und Löchern. Löcher, welche von der Elektronenver vielfachung erzeugt werden und einen Basisbereich erreichen, sind derjenige Faktor, der genauso funktioniert wie der ge wöhnliche Basisstrom, um den Transistor EIN-zuschalten. Die Rekombination der im Basisbereich vorkommenden Elektronen und Löcher unterdrückt jedoch einen solchen Transistorbe trieb. Wenn der Transistor in einem stabilen Zustand arbei tet, müssen diese sich widersprechenden Abläufe miteinander ins Gleichgewicht gebracht werden.The most significant factor leading to a current-voltage Ratio of a transistor in a high voltage range contributes is electron multiplication. A tension increase wax causes an increase in the production of electrical equipment holes and holes. Holes, which from the electron ver multiplication are generated and reach a basic area, are the factor that works just like the ge ordinary base current to turn the transistor ON. The Recombination of the electrons occurring in the base area and holes, however, suppresses such a transistor drifted. When the transistor is in a stable state these contradicting processes must be mutually exclusive be balanced.
Fig. 1 zeigt drei Arten von Zuständen eines repräsentativen Arbeitspunkts einer VCEO(SUS)-Wellenform, (a), (b) und (c). Fig. 1 shows three kinds of states of a representative operating point of a V CEO (SUS) waveform, (a), (b) and (c).
Fig. 2 zeigt ein internes elektrisches Feld in dem Fall, daß eine Hochspannung zwischen einem Kollektor und Emitter eines NPN-Transistors angelegt wird. Eine vertikale Achse bezeich net eine elektrische Feldstärke, während eine horizontale Achse Emitter-, Basis- und Kollektorschichten bezeichnet. Die durchgehende Linie zeigt jeweils einen Zustand, der dem Punkt (c) in Fig. 1 entspricht, die gestrichelte Linie einen Zustand, der dem Punkt (b) entspricht, und die Strichpunkt linie einen Zustand, der dem Punkt (a) entspricht. Aus Grün den der Einfachheit sind die Bezugszeichen in Fig. 45 für entsprechende Teile in der nachfolgenden Beschreibung ver wendet. Fig. 2 shows an internal electric field in the event that a high voltage is applied between a collector and emitter of an NPN transistor. A vertical axis denotes an electric field strength, while a horizontal axis denotes emitter, base and collector layers. The solid line shows a state corresponding to the point (c) in Fig. 1, the dashed line a state corresponding to the point (b), and the broken line shows a state corresponding to the point (a). For the sake of simplicity, the reference numerals in Fig. 45 are used for corresponding parts in the following description.
Wenn zwischen dem Kollektor und dem Emitter eine Spannung angelegt ist, erstreckt sich eine Verarmungsschicht von der Grenzfläche eines PN-Übergangs von Basis und Kollektor, wo bei ein elektrisches Feld innerhalb der Kollektorschicht mit hohem Widerstand 11 die größte Stärke im PN-Übergang auf weist. Eine Neigung des elektrischen Feldes ist gezeigt durch eine durchgehende Linie, die in einem Winkel, welcher im Verhältnis mit einer Verunreinigungskonzentration vom N- Typ innerhalb der Kollektorschicht mit hohem Widerstand 11 nach rechts unten gekippt ist. Das elektrische Feld hängt stark von dem Elektronvervielfachungsmerkmal ab. Sobald die Spannung steigt, beginnt früher oder später ein starker An stieg der Anzahl von erzeugten Löchern und Elektronen verur sacht zu werden. Die erzeugten Löcher dringen direkt in einen Basisbereich 2 (21, 22) ein und wirken als Basisstrom. Wenn die Anzahl der Löcher größer wird als die Anzahl von Löchern, welche durch Rekombination von Elektronen und Lö chern innerhalb des Basisbereichs 2 verbraucht werden, be ginnt der Kollektorstrom zu fließen. Der Zustand des Punktes (c) liegt im kritischen Punkt hiervon.When a voltage is applied between the collector and the emitter, a depletion layer extends from the interface of a PN junction of the base and the collector, where an electric field within the high resistance collector layer 11 has the greatest strength in the PN junction. An inclination of the electric field is shown by a solid line which is tilted to the right downward in relation to an N-type impurity concentration within the high resistance collector layer 11 . The electric field depends heavily on the electron multiplication feature. As soon as the voltage increases, sooner or later a large increase in the number of holes and electrons generated will begin to be caused. The holes created penetrate directly into a base region 2 ( 21, 22 ) and act as a base current. When the number of holes becomes larger than the number of holes consumed by recombining electrons and holes within the base region 2 , the collector current begins to flow. The state of point (c) lies in the critical point thereof.
Als nächstes wird der Zustand des Punktes (b) beschrieben, an dem der Kollektorstrom in gewissem Maße fließt. Der Kol lektorstrom fließt unter der Bedingung, daß die von der Elektronenvervielfachung erzeugten Löcher und die im Basis bereich 2 dissipierten Löcher gut im Gleichgewicht sind (es scheint, daß eine Situation, in welcher Durchbruchsstrom fließt, als besondere Situation verstanden werden wird, aber was im Basisbereich 2 vor sich geht, ist lediglich genau das gleiche wie bei gewöhnlichem EIN-Betrieb).Next, the state of the point (b) at which the collector current flows to some extent will be described. The collector current flows on the condition that the holes generated by the electron multiplication and the holes dissipated in the base region 2 are well balanced (it appears that a situation in which breakdown current flows will be understood as a special situation, but what in the Base area 2 is just exactly the same as in normal ON operation).
Die Elektronenvervielfachung wird primär in einem Abschnitt verursacht, in welcher das stärkste elektrische Feld vorhan den ist (PN-Übergang). Elektronen, die darin erzeugt werden, liegen mit einer Dichte, welche im Verhältnis zu einem Stromwert steht, in einer Verarmungsschicht. Die Elektronen kompensieren auf elektrische Weise einen Teil der positiven Ionen von Verunreinigungsatomen in der Kollektorschicht mit hohem Widerstand 11. Folglich wird eine Neigung des elektri schen Feldes in der Kollektorschicht mit hohem Widerstand 11 gemäßigt. Dies bedeutet, daß ein Transistor über einen Ge genkopplungsmechanismus gegen ein Anwachsen des Kollek torstroms in Rückwärtsrichtung (Durchbruchsstrom) verfügt. Dieser Gegenkopplungsmechanismus kann ein Kennzeichen des Haltephänomens erklären, daß nämlich ein stabiler Zustand beobachtet werden kann.Electron multiplication is primarily caused in a section in which the strongest electric field is present (PN junction). Electrons that are generated in it lie in a depletion layer with a density that is related to a current value. The electrons electrically compensate for part of the positive ions of impurity atoms in the high resistance collector layer 11 . As a result, an inclination of the electric field in the high resistance collector layer 11 is moderated. This means that a transistor has a counter coupling mechanism against an increase in the collector current in the reverse direction (breakdown current). This negative feedback mechanism can explain a characteristic of the holding phenomenon that a stable state can be observed.
Die Neigung nach rechts unten des elektrischen Feldes in der Kollektorschicht mit hohem Widerstand 11 steht in einem Ver hältnis zu einer elektrischen Ladungsdichte in der verarmten Schicht mit hohem Widerstand 11, und somit wird die Neigung mehr und mehr gemäßigt, während der Kollektorstrom stärker wird.The inclination to the bottom right of the electric field in the high resistance collector layer 11 is related to an electric charge density in the depleted high resistance layer 11 , and thus the inclination becomes more and more moderate as the collector current increases.
In einem Zustand, in dem der Kollektorstrom zunehmend stär ker wird und in dem die Elektronen einer Komponente des Kol lektorstroms und die Verunreinigungsatome in Bezug auf die Intensität miteinander identisch werden, weist das elektri sche Feld in der Kollektorschicht mit hohem Widerstand 11 eine wie von der Strichpunktlinie (a) gemäß Fig. 2 gezeigte flache Verteilung auf.In a state in which the collector current becomes increasingly stronger and in which the electrons of a component of the collector current and the impurity atoms become identical in intensity, the electric field in the high resistance collector layer 11 has one of those Dash line (a) shown in FIG. 2 flat distribution.
In dieser Situation verschwindet die oben erwähnte Anordnung der Gegenkopplung, was Instabilität zur Folge hat. Bei spielsweise tendiert die flache Verteilung des elektrischen Feldes in dem Falle, daß sich der Strom weiter verstärkt, zu einer Verteilung mit Neigung nach rechts oben, aber die von der Elektronenvervielfachung erzeugten Löcher tendieren dazu, eine elektrische Feldverteilung mit Neigung nach rechts unten zu verursachen. Dies resultiert in einer ein zigartigen elektrischen Feldverteilung, bei der die Stärke des elektrischen Feldes an den gegenüberliegenden Seiten der Kollektorschicht mit hohem Widerstand 11 sehr groß ist, in ihrer Mittelpartie aber sehr klein ist. Die angelegte Span nung ist ein ganzzahliger Wert der Schicht mit hohem Wider stand 11. Somit ist unter der selben angelegten Spannung die maximale Stärke des elektrischen Feldes an den gegenüberlie genden Seiten der Kollektorschicht mit hohem Widerstand II in der oben erwähnten einzigartigen Verteilung größer als diejenige in der flachen Verteilung des elektrischen Feldes. Die an den gegenüberliegenden Seiten der Kollektorschicht mit hohem Widerstand 11 verursachte Elektronenvervielfachung weist auf der Seite des P-N⁻-Übergangs eine Verteilung des elektrischen Feldes mit Neigung nach rechts unten auf, wäh rend sie auf der Seite des N⁻-N⁺-Übergangs eine Verteilung des elektrischen Feldes mit Neigung nach rechts oben auf weist. Spezifisch gesehen wird ein Phänomen der positiven Gegenkopplung dort, wo sich die gegenüberliegenden Seiten steil und tief senken verursacht, sobald sich die oben er wähnte einzigartige Verteilung des elektrischen Feldes dort, wo sich die gegenüberliegenden Seiten allmählich senken und der bodenseitige Teil dazwischen, entwickelt hat. Obwohl all dies einfach innerhalb der Kollektorschicht mit hohem Wider stand 11 beobachtet wird, muß ein Anwachsen des Kollek torstroms, das von den als Basisstrom wirkenden erzeugten Löchern verursacht wird, in einem praktischen Transistor be trachtet werden. Daraus folgt, daß ein Stromwert, bei dem sich eine flache Verteilung des elektrischen Feldes zeigt, ein kritischer Punkt ist, an dem sich die Stabilität des Transistorbetriebs drastisch verschlechtert. Besonders unter der Hochspannung, bei der das Haltephänomen hervorgerufen wird, ist genau ein solcher Transistorbetrieb die Ursache für Durchbruch. Dies ist ein durch Punkt (a) in Fig. 1 ge zeigter Durchbruchspunkt.In this situation, the above-mentioned arrangement of the negative feedback disappears, which results in instability. For example, in the event that the current continues to increase, the flat distribution of the electric field tends to be tipped upward, but the holes created by electron multiplication tend to cause an electric field tapered downward. This results in a unique electric field distribution, in which the strength of the electric field on the opposite sides of the collector layer with high resistance 11 is very large, but is very small in its central part. The voltage applied is an integer value of the high resistance layer 11 . Thus, under the same applied voltage, the maximum strength of the electric field on the opposite sides of the high resistance collector layer II in the above-mentioned unique distribution is larger than that in the flat distribution of the electric field. The electron multiplication caused on the opposite sides of the high resistance collector layer 11 has a distribution of the electric field inclined to the bottom right on the PN⁻ junction side, while it has a distribution on the N⁻-N⁺ junction side of the electric field with an inclination towards the top right. Specifically, a positive negative feedback phenomenon is caused where the opposite sides drop steeply and deeply as soon as the above-mentioned unique distribution of the electric field has developed where the opposite sides gradually lower and the bottom part in between. Although all of this is simply observed within the high resistance collector layer 11 , an increase in the collector current caused by the holes produced as the base current must be considered in a practical transistor. It follows that a current value at which there is a flat distribution of the electric field is a critical point at which the stability of transistor operation deteriorates drastically. Such a transistor operation is the cause of breakdown, especially under the high voltage at which the holding phenomenon is caused. This is a breakthrough point shown by point (a) in FIG. 1.
Obwohl eine veranschaulichende Situation der Haltespannung vom ersten Typ VCEO(SUS) beschrieben wurde, bei der sich ein Basisanschluß öffnet, kann die gleiche Theorie dazu ver wendet werden, eine Situation der Haltespannung vom zweiten Typ (VCEX(SUS) zu erklären, bei der der Basisstrom vom Ba sisanschluß gezogen wird. Die mit der Haltespannung vom zweiten Typ VCEX(SUS) verbundene Situation ist einfach da durch modifiziert, daß die Versorgung mit Basisstrom in Rückwärtsrichtung sowie die Rekombination von Elektronen die Ursache für Dissipation von Löchern in dem Basisbereich sind. Insbesondere flieht der Kollektorstrom unter dem Um stand, daß der Ausfluß der Löcher aus dem Basisbereich (Re kombination der Löcher + Basisstrom in Rückwärtsrichtung) und Ausflug der Löcher durch die Elektronenvervielfachung miteinander gut im Gleichgewicht sind.Although an illustrative first type V CEO (SUS) withstand voltage situation where a base connection opens has been described, the same theory can be used to explain a second type (V CEX (SUS) withstand voltage situation The situation associated with the second type V CEX (SUS) withstand voltage is simply modified by the fact that the supply of base current in the reverse direction and the recombination of electrons cause dissipation of holes in the base area In particular, the collector current flees under the circumstance that the outflow of the holes from the base region (recombination of the holes + base current in the backward direction) and the excursion of the holes due to the electron multiplication are in good balance with one another.
Die Tatsache, daß eine höhere Spannung angelegt werden muß, um die mit dem verstärkten Basisstrom in Rückwärtsrichtung gut im Gleichgewicht stehende Elektronenvervielfachung zu erreichen, während sich der Basisstrom in Rückwärtsrichtung verstärkt, unterstützt die Tendenz, daß sich die Haltespan nung vom zweiten Typ VCEX(SUS) zu einer Hochspannung hin verschiebt, während der Basisstrom in Rückwärtsrichtung ver stärkt ist.The fact that a higher voltage has to be applied in order to achieve the electron multiplication well balanced with the amplified base current in the reverse direction while the base current is amplified in the reverse direction supports the tendency that the holding voltage of the second type V CEX ( SUS) moves to a high voltage, while the base current is amplified in the reverse direction.
Es wird erwartet, daß es zwischen einer Haltezone, in wel cher der Transistor in einem stabilen Zustand arbeitet, und einer Durchbruchszone eine klare Trennlinie gibt, und daß die Trennlinie in einem Stromwert gekennzeichnet ist, der einem Zustand entspricht, in welchem die Elektronendichte den Kollektorstrom und die Verunreinigungsdichte in der Kol lektorschicht mit hohem Widerstand darstellt. It is expected that there will be a holding zone in which cher the transistor works in a stable state, and gives a breakthrough zone a clear dividing line, and that the dividing line is marked in a current value that corresponds to a state in which the electron density the collector current and the impurity density in the col represents high resistance detector layer.
Folglich kann der die Sperrschicht darstellende Stromwert durch Erhöhung der Verunreinigungsdichte in der Kollektor schicht mit hohem Widerstand 11, d. h. durch Verminderung des Widerstands, erhöht werden, und die Durchbruchsgrenze kann beträchtlich verbessert werden.Accordingly, the current value representing the barrier layer can be increased by increasing the impurity density in the high resistance collector layer 11 , that is, by reducing the resistance, and the breakdown limit can be improved considerably.
Wie die Verunreinigungsdichte in der Kollektorschicht mit hohem Widerstand 11 fällt die Anstiegsspannung (BVCEO) der Haltespannung vom ersten Typ VCEO(SUS). Es war ein Zusammen hang der Haltespannung vom ersten Typ VCEO(SUS) mit der Betriebsgrenze einfach empirisch bekannt, aber man hat herausgefunden, daß es nicht weniger als mehrere hundert Volt Unterschied zwischen der Anstiegsspannung und dem Durchbruchspunkt gibt. Man hat auch herausgefunden, daß die Anstiegsspannung durch Vorspannung in Rückwärtsrichtung zwi schen der Basis und dem Emitter scharf angehoben werden kann.Like the impurity density in the high resistance collector layer 11 , the rising voltage (BV CEO ) of the holding voltage falls from the first type V CEO (SUS). There was simply empirically known a relationship between the first type V CEO (SUS) with the operating limit, but it has been found that there is no less than several hundred volts difference between the rise voltage and the breakdown point. It has also been found that the rising voltage can be sharply raised by reverse biasing between the base and the emitter.
Durch Einstellung eines niedrigen Widerstands ρN⁻ der Kol lektorschicht mit hohem Widerstand wird jedoch eine nachtei lige Wirkung ausgeübt. Dies ist der Fall, wenn eine Last von der Darlington-Schaltung kurzgeschlossen wird.By setting a low resistance ρN⁻ the Kol However, the high resistance detector layer becomes a disadvantage exerted effect. This is the case when a load of the Darlington circuit is short-circuited.
Wenn der Lastkurzschluß hervorgerufen wird, flieht ein über mäßiger Strom mit der gleichen Spannung wie die Spannung, bevor der Lastkurzschluß angelegt wurde, damit der Transi stor gewöhnlichen EIN-Betrieb durchführt. Der Transistor muß diese Situation während einer Zeit aushalten, die von der Erfassung solch eines abnormalen Zustandes bis zur erfolgten Unterbrechung des Basisstroms (etwa einige zehn µs) dauert.If the load short circuit is caused, a flees over moderate current with the same voltage as the voltage, before the load short circuit was created so that the Transi carries out normal ON operation. The transistor must endure this situation for a time different from that Detection of such an abnormal condition until it has occurred Interruption of the base current (about a few tens of microseconds) lasts.
Fig. 3 zeigt einen Prüfschaltkreis für den Durchbruch durch Kurzschluß. Figure 3 shows a short circuit breakdown test circuit.
Die Versorgungsspannung dieses Schaltkreises wird auf einen bestimmten Wert eingestellt und der Transistor mit einem einzigen Schuß des Basisstroms mit einer festen Zeitlänge (etwa 50 µs) versorgt, um ihn EIN zu schalten. Zu diesem Zeitpunkt werden der maximale Wert des Kollektorstroms (IC) und die Kollektor-Emitter-Spannung (VCE) abgelesen. Fig. 5 zeigt, wie dieser Vorgang wiederholt wird, wobei die Versor gungsspannung 0 allmählich bis zum Augenblick des Durch bruchs gesteigert wird. Der Durchbruch durch Kurzschluß bei Transistoren kann in zwei Arten eingeteilt werden, bei der der Durchbruch durch Temperaturanstieg in einem Chip verur sacht wird, und bei der der Durchbruch in dem Augenblick verursacht wird, in dem die angelegte Spannung einen spezi fizierten Wert erreicht. Das hier gezeigte Meßverfahren be zieht sich auf die Beobachtung der letzteren Art. Der Durch bruchspunkt ist durch das Symbol X gekennzeichnet.The supply voltage of this circuit is set to a certain value and the transistor is supplied with a single shot of the base current with a fixed length of time (approximately 50 μs) in order to switch it ON. At this point, the maximum value of the collector current (IC) and the collector-emitter voltage (V CE ) are read. Fig. 5 shows how this process is repeated, the supply voltage 0 is gradually increased until the moment of breakdown. The short-circuit breakdown in transistors can be divided into two types, in which the breakdown is caused by temperature rise in a chip, and in which the breakdown is caused at the moment when the applied voltage reaches a specified value. The measuring method shown here relates to the observation of the latter type. The breakpoint is identified by the symbol X.
Es wurde festgestellt, daß sich der vom Temperaturanstieg verursachte Kurzschlußdurchbruch bei der unterdrückten ange legten Spannung innerhalb eines Zeitraums von ungefähr meh reren zehn µs nicht ereignen würde.It was found that the temperature rise caused short circuit breakdown at the suppressed put tension within a period of about meh reren ten µs would not occur.
Als nächstes wird ein Fall eines Einzeltransistors ohne Dar lington-Schaltung beschrieben. Eine Kurve L1 in Fig. 5 stellt Meßergebnisse in dem Fall eines Basisstromwerts (IB1) unter gewöhnlichen Verwendungsbedingungen dar.Next, a case of a single transistor without Dar lington circuit will be described. A curve L1 in Fig. 5 represents measurement results in the case of a base current value (IB1) under ordinary use conditions.
Man erhält Kurven L2 und L3 in Fig. 5, wenn ein extrem schwacher Basisstrom (IB1) zugeführt wird; die Kurve L2 ist ein Resultat, wenn der Kollektorwiderstand ρN⁻ klein ist, während die Kurve L3 ein Resultat ist, wenn der Kollektorwi derstand ρN⁻ auf eine-gewöhnlichen Regel ist.Curves L2 and L3 in Fig. 5 are obtained when an extremely weak base current (IB1) is supplied; curve L2 is a result when the collector resistance ρN⁻ is small, while curve L3 is a result when the collector resistance ρN⁻ is on an ordinary rule.
Ein Mittel, eine Durchbruchsgrenze durch Lastkurzschluß zu verbessern, ist es, eine Überschreitung des Kollektorstroms zu unterdrücken. Als ein Weg hierzu können diese Beispiele der Kurven L2 und L3 als Eigenschaften in Extremfällen er kannt werden, in denen irgendeine Anordnung angewendet wird, um den Basisstrom bei Kurzschluß klein zu machen. Eine Wel lenform der Kurve L2 ist im wesentlichen die gleiche wie eine Wellenform der Haltespannung vom ersten Typ VCEO(SUS) in Fig. 1. Obwohl der Spannungsanstieg der Haltespannung vom ersten Typ VCEO(SUS) gesenkt wird, während der Kollektorwi derstand ρN⁻ verringert wird, besteht keine Durchbruchsge fahr, bis der Spannungs- und der Stromwert die gleiche Höhe erreichen wie bei dem Durchbruch des oben erwähnten Halte phänomens. Während die Spannung, welche den Durchbruch des Haltephänomens hervorruf t, etwa gleich der Nennspannung ist, ist die Spannung, welche den Lastkurzschluß hervorruft, etwa gleich 80% der Nennspannung. Folglich kann der Transistor nur durch Begrenzung des Kollektorstroms theoretisch den Kurzschlußdurchbruch vermeiden. Folglich hat bei einer sol chen Anordnung die Reduzierung des Kollektorwiderstands ρN⁻ theoretisch keine nachteilige Auswirkung.One way to improve a breakdown limit by load short-circuiting is to suppress the collector current from being exceeded. As a way of doing this, these examples of curves L2 and L3 can be known as properties in extreme cases where some arrangement is used to make the base current short in the event of a short circuit. A waveform of curve L2 is substantially the same as a waveform of the first type V CEO (SUS) withstand voltage in Fig. 1. Although the voltage rise of the first type V CEO (SUS) withstand voltage is decreased while the collector resistance ρN ⁻ Is reduced, there is no risk of breakdown until the voltage and the current value reach the same level as when the above-mentioned holding phenomenon breaks. While the voltage which causes the breakdown phenomenon to breakdown is approximately equal to the nominal voltage, the voltage which causes the load short circuit is approximately equal to 80% of the nominal voltage. Consequently, the transistor can theoretically avoid short-circuit breakdown only by limiting the collector current. Consequently, with such an arrangement, the reduction of the collector resistance ρN⁻ theoretically has no adverse effect.
Fig. 6 zeigt Ergebnisse einer Messung eines in Darlington- Schaltung verbundenen Transistors, die der Messung in Fig. 5 entsprechen. Eine Kurve L4 drückt ein Beispiel für Kurz schluß eines Darlington-Transistors aus mit dem Basisstrom (IB1) unter der Bedingung gewöhnlicher Verwendung, eine Kurve L5 drückt ein Beispiel eines Darlington-Transistors mit einem extrem schwachen Basisstromwert (IB1) aus, und eine Kurve L6 drückt ein Beispiel eines Einzeltransistors mit einem kleinen Basisstromwert (IB1) aus. Ein in Darling ton-Schaltung verbundener Transistor hat einen großen Strom verstärkungsfaktor hFE, und deshalb ereignet sich der An stieg des Kollektorstroms sehr schnell, wenn der Tranistor mit dem extrem schwachen Basisstromwert (IB1) gemessen wird. FIG. 6 shows results of a measurement of a transistor connected in a Darlington circuit, which correspond to the measurement in FIG. 5. A curve L4 expresses an example of a short circuit of a Darlington transistor with the base current (IB1) under the condition of ordinary use, a curve L5 expresses an example of a Darlington transistor with an extremely weak base current value (IB1), and a curve L6 expresses an example of a single transistor with a small base current value (IB1). A transistor connected in Darling ton circuit has a large current gain hFE, and therefore the collector current increases very quickly when the transistor is measured with the extremely weak base current value (IB1).
Der Grund hierfür ist, daß eine erste Stufe des Darlington- Transistors eine außerordentlich kleinere Kollektorstrom dichte hat als seine zweite Stufe. Bei dem Haltephänomen er höht sich die Haltespannung, sobald sich die Stromdichte er höht. Dies kommt daher, daß die Kollektordichte der ersten Stufe des Darlington-Transistors 1/hFE mal so grob ist wie die Stromdichte seiner zweiten Stufe, und die Haltespannung sich daher kaum erhöht, selbst wenn der Kollektorstromwert in der ersten Stufe ansteigt.The reason for this is that a first stage of Darlington Transistors have an extraordinarily smaller collector current density has as its second stage. With the stopping phenomenon he the withstand voltage increases as soon as the current density increases increases. This is because the collector density of the first Stage of the Darlington transistor 1 / hFE times as rough as the current density of its second stage, and the withstand voltage therefore hardly increases even if the collector current value increases in the first stage.
Selbst mit einer ausgeklügelten Anordnung eines externen Schaltkreises des Transistors zur Verbesserung der Kurz schlußgrenze kann keine Kurzschlußgrenze erhalten werden, welche mehr beträgt als ein Spannungswert, welcher der Ba sisöffnungs-Durchbruchsspannung BVCEO entspricht.Even with a sophisticated arrangement of an external circuit of the transistor to improve the short-circuit limit, no short-circuit limit can be obtained which is more than a voltage value which corresponds to the base opening breakdown voltage BV CEO .
Auf diese Weise ergibt sich bei Einstellung des Widerstands ρN⁻ einer Schicht mit hohem Widerstand auf einen relativ ge ringen Wert die Schwierigkeit, daß die obere Grenzspannung in dem Fall, daß ein Schaltkreis zum Schutz gegen Kurzschluß verwendet wird, auf den Basisöffnungs-Durchbruchsspannungs wert BVCEO beschränkt wird.In this way, when the resistance ρN⁻ of a high resistance layer is set to a relatively low value, there arises a problem that the upper limit voltage in the case that a short-circuit protection circuit is used is the base opening breakdown voltage value BV CEO is limited.
Es ist jedoch möglich, daß die Beschränkung der Ermüdungs grenze für Kurzschluß bei Reduzierung des Kollektorwider stands veranlaßt wird.However, it is possible that the limitation of fatigue limit for short circuit when the collector resistance is reduced stands is initiated.
Dies kann mit Hinblick auf den Widerstand der Schicht mit hohem Widerstand des Kollektors erreicht werden, indem der Widerstand der ersten Stufe des Transistors höher einge stellt wird als derjenige seiner letzten Stufe.This can be done with regard to the resistance of the layer high resistance of the collector can be achieved by the Resistance of the first stage of the transistor turned higher is presented as that of its last stage.
Die Durchbruchsgrenze durch Rückspannung hängt vom Wider stand der Kollektorschicht mit hohem Widerstand der letzten Stufe ab und wird bei sich verringerndem Widerstand größer.The breakthrough limit due to reverse voltage depends on the resistance stood the collector layer with high resistance of the last Step down and get bigger with decreasing resistance.
Fig. 7 zeigt Ergebnisse eines Experiments mit einem vari ablen Verhältnis r des Kollektorwiderstands t⁻ zur Kollek torfilmdicke t⁻ in einem einzelnen NPN-Transistor, wo ein Wert der Kollektorfilmdicke t⁻ als ein Parameter gezeigt ist. Dieser Durchbruch ist in Zusammenhang mit der Halte spannung vom ersten Typ VCEO(SUS) verursacht, und der Durch bruchsspannungswert ist für eine Chip-Anordnung eingestellt, die gleichwertig ist mit einem Nennwert von 150 A. Fig. 7 shows results of an experiment with a variable ratio r of the collector resistance t⁻ to the collector film thickness t⁻ in a single NPN transistor, where a value of the collector film thickness t⁻ is shown as a parameter. This breakdown is related to the first Type V CEO (SUS) withstand voltage, and the breakdown voltage value is set for a chip arrangement that is equivalent to a nominal value of 150 A.
In Fig. 7
drückt eine Kurve L7 einen Durchbruchsstrom bei der Kollek
torfilmdicke t⁻ = 140 µm aus (offene Kreise);
drückt eine Kurve L8 eine Durchbruchsstrom bei der Kollek
torfilmdicke tN⁻ = 120 µm aus (offene Karos);
drückt eine Kurve L9 Durchbruchsstrom bei der Kollektorfilm
dicke tN⁻ = 140 µm aus (dunkle Kreise);
drückt eine Kurve L10 Durchbruchsstrom bei der Kollektor
filmdicke t⁻ = 120 µm aus (dunkle Karos).In Fig. 7, a curve L7 expresses a breakthrough current at the collector film thickness t⁻ = 140 µm (open circles);
a curve L8 expresses a breakthrough current at the collector film thickness tN⁻ = 120 µm (open checks);
expresses a curve L9 breakdown current for the collector film thickness tN⁻ = 140 µm (dark circles);
expresses a curve L10 breakdown current at the collector film thickness t⁻ = 120 µm (dark squares).
Wie es aus Fig. 7 zu ersehen ist, erhöht sich der Durch bruchsstrom, und es wird die Durchbruchsspannung gesenkt, so wie das Verhältnis r kleiner wird.As can be seen from Fig. 7, the breakdown current increases and the breakdown voltage is reduced, as the ratio r becomes smaller.
Wie es aus Fig. 7 zu ersehen ist, kann der Durchbruchsstrom verstärkt werden, ohne die Durchbruchsspannung ebensoviel zu senken, wenn sich das Verhältnis r in einem Bereich befin det, der kleiner als 0,6 ist. Im Vergleich zu einem Verhält nis der Veränderung im Durchbruchsstrom zu einer Veränderung in der Durchbruchsspannung ist das Veränderungsverhältnis der Durchbruchsspannung kleiner. Folglich ist es möglich, daß eine Hochspannungseigenschaft eines Transistors, die sich sowohl auf den Durchbruchsstrom als auch die Durch bruchsspannung bezieht, verbessert wird, indem der Kollek torwiderstand ρN⁻ und die Kollektorfilmdicke tN⁻ so festge legt werden, daß das Verhältnis r wie oben dargestellt klei ner als 0,6 ist.As can be seen from Fig. 7, the breakdown current can be increased without lowering the breakdown voltage as much if the ratio r is in a range which is less than 0.6. In comparison to a ratio of the change in the breakdown current to a change in the breakdown voltage, the change ratio of the breakdown voltage is smaller. Consequently, it is possible that a high voltage property of a transistor, which relates to both the breakdown current and the breakdown voltage, is improved by the collector resistance ρN⁻ and the collector film thickness tN⁻ are set so that the ratio r as shown above is less than 0.6.
Die untere Grenze des Verhältnisses r ist ein positiver Wert, der in Abhängigkeit von einem Wert der benötigten Durchbruchsspannung festgelegt wird.The lower limit of the ratio r is a positive one Value that depends on a value of the required Breakdown voltage is set.
Ein Beispiel eines gegenwärtig repräsentativen Bipolartran sistors, der als 1000 bis 1200 V klassifiziert und für einen Inverter für 440 V-Wechselstromleitung verwendet ist, wird nun in Verbindung mit verschiedenen bevorzugten Ausführungs formen der vorliegenden Erfindung beschrieben. Darlington- Transistoren in den bevorzugten Ausführungsformen sind so gebildet, daß sie sowohl der <Theorie 2-1< als auch der <Theorie 2-2< gemäß der vorliegenden Erfindung entsprechen. Ein Teil einer Mehrzahl der in den Darlington-Transistoren enthaltenen Transistoren ist in Übereinstimmung mit <Theorie 1< der vorliegenden Erfindung konfiguriert.An example of a currently representative bipolar oil sistors classified as 1000 to 1200 V and for one Inverter for 440 V AC line is used now in connection with various preferred embodiments forms of the present invention. Darlington Transistors in the preferred embodiments are like this formed that they both the <theory 2-1 <and the <Theory 2-2 <according to the present invention. Part of a majority of those in the Darlington transistors contained transistors is in accordance with <theory 1 <of the present invention configured.
Bei gewöhnlicher Anwendung weisen herkömmliche Darlington- Transistoren, welche als 100 bis 1200 V klassifiziert sind, drei auf einem identischen Chip gebildete und in Darlington- Schaltung verbundene Transistoren auf.In common use, conventional Darlington Transistors classified as 100 to 1200 V, three formed on an identical chip and in Darlington Circuit connected transistors.
In einem Darlington-Transistor dieser Ausführungsform sind seine Vorder- und Rückstufe jedoch in Hinblick auf den Kol lektorwiderstand ρN⁻ verschieden, und deshalb ist es schwierig, sowohl einen Vorderstufen- als auch einen Rück stufentransistor in einem einzigen Chip herzustellen. Folg lich sind der Vorderstufentransistor und der Rückstufentran sistor in verschiedenen Chips gebildet, die wiederum durch Verdrahtung miteinander verbunden sind.In a Darlington transistor of this embodiment its front and back stage, however, with regard to the col lector resistance ρN⁻ different, and therefore it is difficult, both a front stage and a rear stage transistor in a single chip. Episode are the front stage transistor and the back stage train sistor formed in various chips, which in turn are formed by Wiring are interconnected.
Im allgemeinen, wenn M eine ganze Zahl von 2 oder mehr ist,
können die in Darlington-Schaltung verbundenen ersten bis m
ten Transistoren folgendermaßen klassifiziert werden:
Vorderstufentransistor: ein Transistor der ersten Stufe bis
zu einem Transistor der m-ten Stufe, und
Rückstufentransistor: ein Transistor der (m+1)-ten Stufe bis
zu einem M-ten Transistor, wobei m eine ganze Zahl ist, die
das folgende Erfordernis erfüllt:In general, when M is an integer of 2 or more, the first through m th transistors connected in Darlington circuit can be classified as follows:
Front stage transistor: a transistor of the first stage up to a transistor of the mth stage, and
Downstream transistor: a transistor of the (m + 1) th stage up to an M th transistor, where m is an integer that fulfills the following requirement:
1 m M (4)1 m M (4)
In der Ausführungsform gemäß der vorliegenden Erfindung ist der auf obenstehende Art und Weise definierte Vorderstufen transistor in einem ersten Chip gebildet, während der Rück stufentransistor in einem zweiten Chip gebildet ist. Dann sollte die folgende Beziehung zwischen einem zum Vorderstuf entransistor gehörigen Kollektorwiderstand ρN⁻(F) und einem zum Rückstufentransistor gehörigen Kollektorwiderstand ρN⁻ (R) bestehen;In the embodiment according to the present invention the front stages defined in the above manner transistor formed in a first chip while the back stage transistor is formed in a second chip. Then should the following relationship between one to the front stage collector resistor ρN⁻ (F) and an the collector resistor ρN⁻ belonging to the step-down transistor (R) exist;
ρN⁻(F) < ρN⁻(R) (5)ρN⁻ (F) <ρN⁻ (R) (5)
und es sollte auch die folgende Beziehung zwischen einer zur Vorderstufe gehörigen Kollektorfilmdicke tN⁻(F) und einer zur Rückstufe gehörigen Kollektorfilmdicke tN⁻(R) bestehen;and there should also be the following relationship between one to the Front stage belonging collector film thickness tN⁻ (F) and one there is a collector film thickness tN⁻ (R) belonging to the regression;
tN⁻(F) < tN⁻(R) (6)tN⁻ (F) <tN⁻ (R) (6)
Bei weiterer Klassifizierung ergibt es sich, daß M Transi storen in K Gruppen (K 2) klassifiziert sind, und die Transistoren in jeder Gruppe sind in einem oder mehr Chips gebildet, um die folgende Anforderung zu erfüllen;With further classification it results that M Transi are classified into K groups (K 2), and the Transistors in each group are in one or more chips formed to meet the following requirement;
ρN⁻(i) < ρN⁻(i+1) (7)ρN⁻ (i) <ρN⁻ (i + 1) (7)
und es besteht auch die folgende Beziehung zwischen der zur Vorderstufe gehörigen Kollektorfilmdicke tN⁻(F) und der zur Rückstufe gehörigen Kollektorfilmdicke tN⁻ (R);and there is also the following relationship between that and Front stage associated collector film thickness tN⁻ (F) and the The stage of the collector film thickness tN⁻ (R);
tN⁻(i) < tN⁻(i+1) (8)tN⁻ (i) <tN⁻ (i + 1) (8)
wobei ρN⁻(i) und tN⁻(i) der Kollektorwiderstand ρN⁻(i) und die Kollektorfilmdicke tN⁻(i) der Transistoren in einer (i) ten Gruppe sind.where ρN⁻ (i) and tN⁻ (i) is the collector resistance ρN⁻ (i) and the collector film thickness tN⁻ (i) of the transistors in an (i) are group.
Ein Darlington-Transistor einer ersten bevorzugten Ausfüh rungsform entspricht einem Fall, bei dem M = 3 und m = 2 sind.A Darlington transistor of a first preferred embodiment form corresponds to a case in which M = 3 and m = 2 are.
Fig. 8 ist eine Schnittansicht, die eine Anordnung eines dreistufigen Darlington-Transistors der ersten bevorzugten Ausführungsform zeigt. Wie es in Fig. 8 gezeigt ist, ist in einem Vorderstufentransistor-Chip TF eine Kollektorschicht mit hohem Widerstand 11 auf einer Kollektorschicht mit nied rigem Widerstand 12 gebildet. In einem oberen Abschnitt der Kollektorschicht mit hohem Widerstand 11 ist ein Basisbe reich 21 eines Transistors Q1 in einem Bereich A1 gebildet, während ein Basisbereich 22 eines Transistors Q2 in einem Bereich A2 gebildet ist, und Emitterbereiche 31 und 32 je weils in einer Oberfläche der Basisbereiche 21 und 22 selek tiv gebildet sind. Eine vorderstufenseitige Kollektorelek trode 51 ist auf einer Oberfläche der Kollektorschicht mit niedrigem Widerstand 12 gebildet, eine vorderstufenseitige Basiselektrode 61 ist auf dem Basisbereich 21 des Transi stors Q1 gebildet, eine vorderstufenseitige Emitterelektrode 71 ist auf dem Emitterbereich 32 des Transistors Q2 gebil det, und eine Basis-Emitter-Verbindungselektrode 81 ist so geformt, daß sie sich vom Emitterbereich 21 des Transistors Q1 zum Basisbereich 22 des Transistors Q2 erstreckt. Das Be zugszeichen 4 bezeichnet einen Oxidfilm, das Bezugszeichen 18 einen Schutzring, und das Bezugszeichen 19 einen Kanal stop. Fig. 8 is a sectional view showing an arrangement of a three-stage Darlington transistor of the first preferred embodiment. As shown in FIG. 8, in a front-stage transistor chip TF, a high resistance collector layer 11 is formed on a low resistance collector layer 12 . In an upper portion of the high resistance collector layer 11 , a base region 21 of a transistor Q1 is formed in a region A1, while a base region 22 of a transistor Q2 is formed in a region A2, and emitter regions 31 and 32 each in a surface of the base regions 21 and 22 are formed selectively. A front-side collector electrode 51 is formed on a surface of the low resistance collector layer 12 , a front-side base electrode 61 is formed on the base portion 21 of the transistor Q1, a front-side emitter electrode 71 is formed on the emitter portion 32 of the transistor Q2, and a base -Emitter connection electrode 81 is shaped to extend from emitter region 21 of transistor Q1 to base region 22 of transistor Q2. The reference numeral 4 denotes an oxide film, the reference numeral 18 a protective ring, and the reference numeral 19 a channel stop.
In einem Rückstufentransistor-Chip TR hingegen ist eine Kol lektorschicht mit hohem Widerstand 13 auf der Kollektor schicht mit niedrigem Widerstand 14 gebildet. In einem obe ren Abschnitt der Kollektorschicht mit hohem Widerstand 13 ist ein Basisbereich 23 eines Transistors Q3 in einem Be reich A3 gebildet, und ein Emitterbereich 33 ist in einer Oberfläche des Basisbereichs 23 selektiv gebildet. Eine rückstufenseitige Kollektorelektrode 52 ist auf einer Ober fläche der Kollektorschicht mit niedrigem Widerstand 14 ge bildet, eine rückstufenseitige Basiselektrode 62 ist auf dem Basisbereich 23 des Transistors Q3 gebildet, eine rückstu fenseitige Emitterelektrode 72 ist auf dem Emitterbereich 33 des Transistors Q3 gebildet. Das Bezugszeichen 4 bezeichnet einen Oxidfilm, das Bezugszeichen 18 einen Schutzring, und das Bezugszeichen 19 einen Kanalstop.In a reverse stage transistor chip TR, however, a collector layer with a high resistance 13 is formed on the collector layer with a low resistance 14 . In an upper portion of the high resistance collector layer 13 , a base region 23 of a transistor Q3 is formed in a region A3, and an emitter region 33 is selectively formed in a surface of the base region 23 . A downside collector electrode 52 is formed on an upper surface of the low resistance collector layer 14 , a downside base electrode 62 is formed on the base portion 23 of the transistor Q3, a return side emitter electrode 72 is formed on the emitter portion 33 of the transistor Q3. Numeral 4 denotes an oxide film, 18 a protective ring, and 19 a channel stop.
Die vorderstufenseitige Emitterelektrode 71 und die rückstu fenseitige Basiselektrode 62 sind durch eine Verdrahtung 41 elektrisch miteinander verbunden, während die vorderstufen seitige Kollektorelektrode 51 und die rückstufenseitige Kol lektorelektrode 52 durch eine Verdrahtung 42 elektrisch ver bunden sind. Folglich wirkt die vorderstufenseitige Basis elektrode 61 als eine Basiselektrode des dreistufigen Dar lington-Transistors, die rückstufenseitige Emitterelektrode 72 wirkt als seine Emitterelektrode, und die vorderstufen seitige Kollektorelektrode 51 und die rückstufenseitige Kol lektorelektrode 52 wirken als seine Kollektorelektroden.The front-stage emitter electrode 71 and the rear-side base electrode 62 are electrically connected to each other by wiring 41 , while the front-side collector electrode 51 and the rear-side collector electrode 52 are electrically connected by wiring 42 . Consequently, the front-side base electrode 61 acts as a base electrode of the three-stage Dar lington transistor, the back-side emitter electrode 72 acts as its emitter electrode, and the front-side collector electrode 51 and the back-side collector electrode 52 act as its collector electrodes.
Der Kollektorwiderstand ρN⁻ im vorderstufenseitigen Transi stor-Chip TF ist auf 80 Ωcm eingestellt, während die Kollek torfilmdicke tN⁻ auf 120 µm eingestellt ist, und der Kollek torwiderstand ρN⁻ im rückstufenseitigen Transistor-Chip TR ist auf 45 Ωcm eingestellt, während die Kollektorfilmdicke t⁻ auf 160 µm eingestellt ist. Folglich sind der Transistor Q2 der zweiten Stufe und der Transistor Q3 der dritten Stufe Transistoren, die <Theorie 2< und <Theorie 2-1 und Theorie 2-2< entsprechen.The collector resistance ρN⁻ in the front stage Transi stor chip TF is set to 80 Ωcm, while the collector door film thickness tNicke is set to 120 µm, and the collector gate resistance ρN⁻ in the transistor chip TR is set to 45 Ωcm while the collector film thickness t⁻ is set to 160 µm. Hence the transistor Q2 of the second stage and transistor Q3 of the third stage Transistors, the <theory 2 <and <theory 2-1 and theory 2-2 <.
Was den Transistor Q3 der dritten Stufe im Darlington-Tran
sistor betrifft, so kann das Verhältnis r folgendermaßen
ausgedrückt werden:
r = ρN⁻(R)/tN⁻(R)
= 45 (Ωcm)/160 µm)
= etwa 0,28
und der Transistor Q3 entspricht <Theorie 1<.Regarding the third stage transistor Q3 in the Darlington transistor, the ratio r can be expressed as follows:
r = ρN⁻ (R) / tN⁻ (R)
= 45 (Ωcm) / 160 µm)
= about 0.28
and transistor Q3 corresponds to <theory 1 <.
Diese beiden Chips TF und TR sind im gleichen Gehäuse in stalliert und durch Verdrahtung in einer dreistufigen Dar lington-Schaltung angeordnet. Fig. 9 ist eine Draufsicht, die ein Beispiel dafür zeigt. Wie es in Fig. 9 gezeigt ist, ist ein Isoliersubstrat 121 auf einem Metallbasissubstrat 120 gelötet, und eine nach außen sich erstreckende Kollekto relektrode 55, eine nach außen sich erstreckende Basiselek trode 65, eine nach außen sich erstreckende Emitterelektrode 75, und eine Hilfselektrode 123 sind separat auf das Iso liersubstrat 120 gelötet.These two chips TF and TR are installed in the same housing and arranged by wiring in a three-stage Dar lington circuit. Fig. 9 is a plan view showing an example of this. As shown in FIG. 9, an insulating substrate 121 is soldered to a metal base substrate 120 , and an outwardly extending collector electrode 55 , an outwardly extending base electrode 65 , an outwardly extending emitter electrode 75 , and an auxiliary electrode 123 are soldered separately to the insulating substrate 120 .
Der Vorderstufentransistor-Chip TF und der Rückstufentransi stor-Chip TR sind auf die nach außen sich erstreckende Kol lektorelektrode 55 gelötet, eine Hilfselektrode 85 ist mit dem dazwischenliegenden Isoliersubstrat 121 verlötet, und eine Freilaufdiode 116 ist gebildet. In diesem Schritt sind der Vorderstufentransistor-Chip TF und der Rückstufentransi stor-Chip TR mit den Kollektorelektroden 51 und 52 auf ihrer jeweiligen Rückseite vorgesehen, und deshalb ist die nach außen sich erstreckende Kollektorelektrode 55 mit den Kol lektorelektroden 51 und 52 elektrisch verbunden. Die Vorder seite des Freilaufdioden-Chips 116 ist als Anode definiert, und seine Rückseite als Kathode. Folglich ist die Kathode der Freilaufdiode mit der nach außen sich erstreckenden Kol lektorelektrode 55 elektrisch verbunden.The front-stage transistor chip TF and the back-stage transistor chip TR are soldered onto the outwardly extending collector electrode 55 , an auxiliary electrode 85 is soldered to the insulating substrate 121 therebetween, and a freewheeling diode 116 is formed. In this step, the front stage transistor chip TF and the back stage transistor chip TR are provided with the collector electrodes 51 and 52 on their respective backs, and therefore the outward extending collector electrode 55 is electrically connected with the collector electrodes 51 and 52 . The front side of the freewheeling diode chip 116 is defined as the anode and its rear side as the cathode. Consequently, the cathode of the freewheeling diode is electrically connected to the outwardly extending collector electrode 55 .
Ein Beschleunigungsdioden-Chip 114 ("speed-up diode chip") ist auf eine nach außen sich erstreckende Basiselektrode 65 gelötet, während ein Beschleunigungsdioden-Chip 115 auf eine Hilfselektrode 123 gelötet ist. Die jeweiligen Vorderseiten der Beschleunigungsdioden-Chips 114 und 115 sind als Anoden definiert und ihre Rückseiten als Kathoden. Folglich ist die Kathode der Beschleunigungsdiode 114 mit der nach außen sich erstreckende Basiselektrode 65 elektrisch verbunden, während die Kathode der Beschleunigungsdiode 115 mit der Hilfselek trode 123 elektrisch verbunden ist. In Fig. 9 sind Basis elektroden 661 und 62, Emitterelektroden 71 und 72, und eine Basis-Emitter-Verbindungselektrode 81 tatsächlich gebildet, aber zur Vereinfachung der Erklärung weggelassen. Folglich steht die folgende Erklärung über die Außenseite des Chips und die Verdrahtung in Zusammenhang mit den Basisbereichen 21 bis 23 und den Emitterbereichen 31 bis 33, die alle damit verbunden sind.An accelerating diode chip 114 ("speed-up diode chip") is soldered to an outwardly extending base electrode 65 , while an accelerating diode chip 115 is soldered to an auxiliary electrode 123 . The respective front sides of the acceleration diode chips 114 and 115 are defined as anodes and their rear sides as cathodes. Consequently, the cathode of the acceleration diode 114 is electrically connected to the outwardly extending base electrode 65 , while the cathode of the acceleration diode 115 is electrically connected to the auxiliary electrode 123 . In Fig. 9, base electrodes 661 and 62 , emitter electrodes 71 and 72 , and a base-emitter connection electrode 81 are actually formed, but are omitted for the convenience of explanation. Accordingly, the following explanation about the outside of the chip and the wiring is related to the base regions 21 to 23 and the emitter regions 31 to 33 , all of which are connected thereto.
Die nach außen sich erstreckende Basiselektrode 65 ist durch eine Verdrahtung 40 zum Basisbereich 21 des Vorderstufen transistor-Chips TF verbunden, und der Emitterbereich 32 des Vorderstufentransistor-Chips TF ist durch die Verdrahtung 40 mit einer Hilfselektrode 85 verbunden. The outwardly extending base electrode 65 is connected by a wiring 40 to the base region 21 of the front-stage transistor chip TF, and the emitter region 32 of the front-stage transistor chip TF is connected to an auxiliary electrode 85 by the wiring 40 .
Andererseits ist der Basisbereich 23 des Rückstufentransi stor-Chips TR durch die Verdrahtung mit der Hilfselektrode 85 verbunden, und sein Emitterbereich 33 ist durch die Ver drahtung 40 mit einem nach außen sich erstreckenden Emitter bereich 75 verbunden.On the other hand, the base region 23 of the reverse stage transistor chip TR is connected by the wiring to the auxiliary electrode 85 , and its emitter region 33 is connected by the wiring 40 to an outwardly extending emitter region 75 .
Mit der Verdrahtung durch die Verdrahtung 40 stellen der Vorderstufentransistor-Chip TF und der Rückstufentransistor- Chip TR den dreistufigen Darlington-Transistor dar.With the wiring through the wiring 40 , the front stage transistor chip TF and the back stage transistor chip TR represent the three-stage Darlington transistor.
Die Oberfläche des Beschleunigungsdioden-Chips 114 ist durch die Verdrahtung mit der Hilfselektrode 123 verbunden, wäh rend die Oberfläche des Beschleunigungsdioden-Chips 115 durch die Verdrahtung 40 mit der Hilfselektrode 85 verbunden ist. Das Ergebnis ist, daß der Transistor Q1 der ersten Stufe und der Transistor Q2 der zweiten Stufe ihre jeweili gen Beschleunigungsdioden jeweils zwischen ihrer Basis und ihrem Emitter aufweisen.The surface of the accelerating diode chip 114 is connected to the auxiliary electrode 123 by wiring, while the surface of the accelerating diode chip 115 is connected to the auxiliary electrode 85 by the wiring 40 . The result is that transistor Q1 of the first stage and transistor Q2 of the second stage each have their respective acceleration diodes between their base and their emitter.
Die Oberfläche der Freilaufdiode ist durch die Verdrahtung 40 mit der nach außen sich erstreckende Emitterelektrode 75 verbunden, wodurch die Freilaufdiode zwischen dem Emitter und dem Kollektor des Transistors Q3 der dritten Stufe vor gesehen werden kann.The surface of the freewheeling diode is connected through the wiring 40 to the outwardly extending emitter electrode 75 , whereby the freewheeling diode can be seen between the emitter and the collector of the third stage transistor Q3.
Wie bereits erwähnt, beträgt der Widerstand der Kollektor schicht mit hohem Widerstand ungefähr 80 Ωcm im vorderseiti gen Transistor und ungefähr 45 Ωcm im Transistor der letzten Stufe. BVCEO beträgt ungefähr 950 V im Vorderstufentransi stor und ungefähr 650 V im Transistor der letzten Stufe. Die gesamte Chipoberfläche beträgt ungefähr 800 mm2, und der Nennstrom in einer solchen Spannungsklasse ist gleichwertig mit ungefähr 150 A. As previously mentioned, the resistance of the high resistance collector layer is approximately 80 Ωcm in the front transistor and approximately 45 Ωcm in the last stage transistor. BV CEO is approximately 950 V in the front stage transistor and approximately 650 V in the transistor of the last stage. The entire chip surface is approximately 800 mm 2 , and the nominal current in such a voltage class is equivalent to approximately 150 A.
Was diesen Transistor betrifft, zeigt Fig. 10 ein Meßbei spiel der Ermüdungsgrenze gegen Kurzschluß ähnlich wie in Fig. 6. In Fig. 10 repräsentiert eine Kurve L14 einen Fall, in dem der Basisstrom IB1 auf einer gewöhnlichen Höhe ist, während eine Kurve L15 einen Fall repräsentiert, in dem der Basisstrom IB1 sehr gering ist.As for this transistor, Fig. 10 shows a measurement example of the fatigue limit against short circuit similar to that in Fig. 6. In Fig. 10, curve L14 represents a case in which the base current IB1 is at an ordinary level, and curve L15 one Represents case in which the base current IB1 is very low.
In der Messung mit dem extrem schwachen Basisstrom, wie von der Kurve L15 gezeigt, verstärkt sich der Kollektorstrom li near von einem Punkt knapp über eine Spannung um 650 V, was gleichwertig ist mit BVCEO der Rückstufe bis zu einem Punkt um 950 V, was gleichwertig ist mit BVCEO der Vorderstufe. Ein drastischer Anstieg des Kollektorstroms ereignet sich daraufhin.In the measurement with the extremely weak base current, as shown by curve L15, the collector current increases near from a point just above a voltage of around 650 V, which is equivalent to BV CEO of the downstep to a point of around 950 V, which is equivalent to BV CEO of the front stage. A drastic increase in the collector current then occurs.
Während eines Abschnittes, in dem der Kollektorstrom linear ansteigt, ist zu erkennen, daß die Vorderstufe nicht arbei tet, sondern daß die Rückstufe allein das Fließen von Strom zuläßt. Wenn die Versorgungsspannung ungefähr 950 V, gleich wertig zu BVCEO der Vorderstufe, erreicht, wird ein Durch bruch zwischen dem Kollektor und dem Emitter der Vorderstufe verursacht, und der erzeugte Strom wirkt sich als der Basis strom auf die Rückstufe aus, und dadurch ereignet sich der drastische Stromanstieg.During a section in which the collector current increases linearly, it can be seen that the front stage does not work, but that the back stage alone allows current to flow. When the supply voltage reaches approximately 950 V, equivalent to BV CEO of the front stage, a breakdown is caused between the collector and the emitter of the front stage, and the generated current acts as the base current on the back stage, and thereby occurs the drastic increase in electricity.
Wie bereits beschrieben wurde, kann in dem Transistor gemäß der vorliegenden Erfindung in gewisser Weise ein Schutzme chanismus gegen Kurzschluß zur Verringerung des Kollek torstroms bis zum Spannungswert von BVCEO der Vorderstufe verwendet werden.As already described, in the transistor according to the present invention a protection mechanism against short-circuit can be used in a way to reduce the collector current up to the voltage value of the BV CEO of the front stage.
Wenn Vorder- wie auch Rückstufe tN⁻ = ungefähr 140 µm auf weisen, ist der Stromverstärkungsfaktor hFE = ungefähr 200 unter dem Kollektorstrom von 150 A in dem in Fig. 45 gezeig ten Transistor, während wenn die Vorderstufe tN⁻(F) = unge fähr 120 µm und die Rückstufe tN⁻(R) = ungefähr 140 um auf weist, ist hFE = ungefähr 700 unter dem Kollektorstrom von 150 A. Wenn die Kollektorfilmdicke tN⁻(F) verringert wird, ist ein Wert der Basisöffnungs-Durchbruchsspannung BVCEO verringert, aber die Erhöhung des Kollektorwiderstands pN (F) kann eine Reduzierung des Wertes der Durchbruchsspannung verhindern.If front and rear stages have tN⁻ = approximately 140 µm, the current amplification factor hFE = approximately 200 below the collector current of 150 A in the transistor shown in FIG. 45, while if the front stage tN⁻ (F) = approximately 120 µm and the regressive tN⁻ (R) = approximately 140 µm, hFE = approximately 700 below the collector current of 150 A. When the collector film thickness tN⁻ (F) is reduced, a value of the base opening breakdown voltage BV CEO is reduced , but increasing the collector resistance pN (F) can prevent the breakdown voltage from decreasing.
Was die Rückstufe betrifft, ist der Widerstand ρN⁻ der Kol lektorschicht mit hohem Widerstand verringert, und r < 0,6 ist erfüllt mit Hinblick auf das Verhältnis r (ähnlich wie in dem Fall gemäß Fig. 1), wobei die Durchbruchsgrenze unter Hochspannung erheblich verbessert werden kann.As for the regress, the resistance ρN⁻ of the high resistance collector layer is reduced, and r <0.6 is satisfied with respect to the ratio r (similar to the case of FIG. 1), the high voltage breakdown limit being considerable can be improved.
Im folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung eines drei stufigen Darlington-Transistors der ersten bevorzugten Aus führungsform beschrieben.The following is a method of making a three stage Darlington transistor of the first preferred off management form described.
Zuerst wird ein Verfahren zur Bildung einer Kollektorschicht mit hohem Widerstand beschrieben.First, a method of forming a collector layer described with high resistance.
Wie es in Fig. 11 gezeigt ist, wird ein monokristalliner Si (Silizium)-Stab 200 Neutronen 210 ausgesetzt, um eine Kern reaktion eines Teils des Siliziums in Atome vom N-Typ her vorzurufen. Zu diesem Zeitpunkt kann der Widerstand der Kol lektorschicht mit hohem Widerstand mit hoher Genauigkeit ge bildet werden, indem man die Menge der abgestrahlten Neutro nen durch die Dichte und Bestrahlungszeit der Neutronen 210 steuert. As shown in Fig. 11, a monocrystalline Si (silicon) rod is exposed to 200 neutrons 210 to cause a nuclear reaction of a part of the silicon in N-type atoms. At this time, the resistance of the high resistance collector layer can be formed with high accuracy by controlling the amount of neutrons radiated by the density and irradiation time of the neutrons 210 .
Der monokristalline Siliziumstab 200, dem eine Verunreini gung vom N-Typ bereits hinzugefügt wurde, wird in Wafer wie ein in Fig. 12 gezeigter Wafer 201 geschnitten. Der Wafer 201 wird als ein Halbleitersubstrat vom N-Typ verwendet, und die Verunreinigung vom N-Typ wird in seine Vorder- und Rück seite implantiert, um N⁺-Schichten 202 und 203 mit hoher Konzentration einer Verunreinigung vom N-Typ in der Vorder- und Rückseite des Halbleitersubstrats 201, wie es in Fig. 13 gezeigt ist, zu bilden.The monocrystalline silicon rod 200 , to which an N-type impurity has already been added, is cut into wafers like a wafer 201 shown in FIG. 12. The wafer 201 is used as an N-type semiconductor substrate, and the N-type impurity is implanted in its front and back sides around N⁺ layers 202 and 203 with high concentration of an N-type impurity in the front and backside of the semiconductor substrate 201 as shown in FIG. 13.
Die laminierten Schichten werden von einer Hauptfläche der N⁺-Schicht 202 präzise als-das Halbleitersubstrat 201 abge schnitten, und folglich kann eine Filmdicke t′ des verblei benden Halbleitersubstrats 201, welches als Kollektorschicht mit hohem Widerstand wirken soll, wie in Fig. 14 gezeigt präzise bestimmt werden. Weiterhin soll die N⁺-Schicht 203 als Kollektorschicht mit niedrigem Widerstand wirken.The laminated layers are precisely cut off from a main surface of the N 202 layer 202 as the semiconductor substrate 201 , and consequently a film thickness t 'of the remaining semiconductor substrate 201 , which should act as a high resistance collector layer, as shown in FIG. 14 can be determined precisely. Furthermore, the N⁺ layer 203 should act as a collector layer with low resistance.
Auf diese Weise können ein präziser Widerstand und eine präzise Filmdicke der Kollektorschicht mit hohem Widerstand erreicht werden. Alles, was als erstes Verfahren zur Her stellung einer Kollektorschicht mit hohem Widerstand benö tigt ist, ist damit beschrieben.In this way, a precise resistance and a precise film thickness of the collector layer with high resistance can be achieved. Everything as the first method to manufacture position of a collector layer with high resistance is described.
Es folgt die Beschreibung eines zweiten Verfahrens zur Her stellung einer Kollektorschicht mit hohem Widerstand. Zuerst wird, wie es in Fig. 15 gezeigt ist, ein N⁺-Halbleitersub strat 204, welches als Kollektorschicht mit niedrigem Wider stand wirken soll, und, wie es in Fig. 16 gezeigt ist, eine N⁻-Schicht 205, welche als Kollektorschicht mit hohem Wider stand wirken soll, durch Aufwachsen einer Epitaxieschicht auf der Oberfläche des N⁺-Halbleitersubstrats (N⁺-Wafer) 204 gebildet. Zu diesem Zeitpunkt müssen eine präzise Filmdicke t′ und ein präziser Widerstand der N⁻-Schicht 205 erreicht werden. The following is a description of a second method of manufacturing a high resistance collector layer. First, as shown in FIG. 15, an N⁺ semiconductor substrate 204 , which is said to act as a low resistance collector layer, and, as shown in FIG. 16, an N⁻ layer 205 , which as Collector layer with high resistance should act, formed by growing an epitaxial layer on the surface of the N⁺ semiconductor substrate (N⁺ wafer) 204 . At this point, a precise film thickness t ′ and a precise resistance of the N⁻ layer 205 must be achieved.
Durch das oben erwähnte erste oder zweite Verfahren zur Her stellung einer Kollektorschicht mit hohem Widerstand werden eine Kollektorschicht mit hohem Widerstand 13, die eine re lativ grobe Filmdicke ((160+α) µm) und einen relativ nied rigen Widerstand (45 Ωcm) aufweist, und eine Kollektor schicht mit niedrigem Widerstand 14 wie in Fig. 17 gezeigt auf einem ersten Chip gebildet. Ein Verfahren zur Herstel lung eines Transistors auf dem ersten Chip, welcher als Rückstufentransistor-Chip wirken soll, wird im folgenden be schrieben.By the above-mentioned first or second method for producing a collector layer with a high resistance, a collector layer with a high resistance 13 , which has a relatively coarse film thickness ((160 + α) µm) and a relatively low resistance (45 Ωcm), and a low resistance collector layer 14 formed on a first chip as shown in FIG. 17. A method for the manufacture of a transistor on the first chip, which is to act as a step-down transistor chip, will be described in the following.
Zuerst wird, wie es in Fig. 19 gezeigt ist, ein Oxidfilm 104 durch ein thermisches Oxidationsverfahren jeweils auf Ober flächen der Kollektorschicht mit hohem Widerstand 13 und der Kollektorschicht mit niedrigem Widerstand 14 gebildet.First, as shown in FIG. 19, an oxide film 104 is formed on surfaces of the high resistance collector layer 13 and the low resistance collector layer 14 by a thermal oxidation method, respectively.
Daran anschließend wird gemäß Fig. 21 der auf der Oberfläche der Kollektorschicht 13 mit hohem Widerstand gebildete Oxid film 104 vermittels Photolithographie strukturiert. Bei die sem Schritt wird der auf der Oberfläche der Kollektorschicht 14 mit niedrigem Widerstand gebildete Oxidfilm 104 vollstän dig entfernt.Subsequently, according to FIG. 21, the oxide film 104 formed on the surface of the collector layer 13 with high resistance is structured by means of photolithography. In this step, the oxide film 104 formed on the surface of the low resistance collector layer 14 is completely removed.
Desweiteren wird gemäß Fig. 23 vermittels einer Ionenimplan tation einer Verunreinigung vom P-Typ oder vermittels Diffu sion in einem Gas, welches eine Verunreinigung enthält, die Verunreinigung vom P-Typ in die Oberfläche der Kollektor schicht 13 mit hohem Widerstand eingeführt und bis zu einer Tiefe α in oxidierender Atmosphäre zur Bildung eines Basis bereiches 23 und eines Schutzringes 18 eindiffundiert. Als Ergebnis hiervon erreicht die Dicke des Kollektorfilmes tN⁻ (R) 160 µm. Dabei wird der Oxidfilm 104 auf der Kollektor schicht mit hohem Widerstand 13 und der Kollektorschicht mit niedrigem Widerstand 14 gebildet. Furthermore, according to FIG. 23, by means of an ion implantation of a P-type impurity or by means of diffusion in a gas containing an impurity, the P-type impurity is introduced into the surface of the collector layer 13 with high resistance and up to one Diffused depth α in an oxidizing atmosphere to form a base region 23 and a protective ring 18 . As a result, the thickness of the collector film tN⁻ (R) reaches 160 µm. The oxide film 104 is formed on the collector layer with high resistance 13 and the collector layer with low resistance 14 .
Daran anschließend wird gemäß Fig. 25 der auf der Oberfläche der Kollektorschicht mit hohem Widerstand 13 gebildete Oxid film vermittels Photolithographie strukturiert. Dabei wird der auf der Oberfläche der Kollektorschicht mit niedrigem Widerstand 14 gebildete Oxidfilm 104 vollständig entfernt.Thereafter, according to Fig. 25 of the oxide formed on the surface of the collector layer 13 having a high resistance film by means of photolithography structured. The oxide film 104 formed on the surface of the low resistance collector layer 14 is completely removed.
Desweiteren wird gemäß Fig. 27 eine Verunreinigung vom N-Typ in die Oberfläche der Kollektorschicht 13 mit hohem Wider stand eingeführt und bis zu einer vorbestimmten Tiefe β (< α) in oxidierender Atmosphäre zur Bildung eines Emitterberei ches 33 und eines Kanalstops 19 eindiffundiert.Furthermore, will Fig mutandis. 27 introduced an impurity of N-type in the surface of the collector layer 13 with a high reflection level and up to a predetermined depth β (<α) in an oxidizing atmosphere to form an emitter preparation ches 33 and diffused a channel stops 19th
Dabei wird der Oxidfilm 104 auf den Oberflächen der Kollek torschicht 13 mit hohem Widerstand und der Kollektorschicht 14 mit niedrigem Widerstand gebildet.The oxide film 104 is formed on the surfaces of the collector layer 13 with high resistance and the collector layer 14 with low resistance.
Daran anschließend wird gemäß Fig. 29 der auf der Oberfläche der Kollektorschicht 13 mit hohem Widerstand gebildete Oxid film 104 vermittels Photolithographie strukturiert. Der auf diese Weise strukturierte Oxidfilm 104 dient als Oxidfilm 4 gemäß Fig. 8. Dabei wird der auf der Oberfläche der Kollek torschicht 14 mit niedrigem Widerstand gebildete Oxidfilm 104 vollständig entfernt.Then, according to FIG. 29, the oxide film 104 formed on the surface of the collector layer 13 with high resistance is structured by means of photolithography. The oxide film 104 structured in this way serves as oxide film 4 according to FIG. 8. The oxide film 104 formed on the surface of the collector layer 14 with low resistance is completely removed.
Daran anschließend wird gemäß Fig. 31 oberhalb der gesamten Oberfläche der Kollektorschicht 13 mit hohem Widerstand ver mittels einer Dampfabscheidung, sputtern, usw. eine Metall schicht 106 gebildet.Then, as shown in FIG. 31, a metal layer 106 is formed above the entire surface of the collector layer 13 with high resistance by means of vapor deposition, sputtering, etc.
Als nächstes wird gemäß Fig. 33 die Metallschicht 106 ver mittels Photolithographie zur Bildung einer rückseitigen Ba siselektrode 62 und einer rückseitigen Emitterelektrode 72 strukturiert.Next, FIG mutandis. 33, the metal layer 106 ver siselektrode by photolithography to form a back-side Ba 62 and a rear emitter electrode 72 structured.
Daran anschließend wird gemäß Fig. 35 eine als Kollektor elektrode 52 dienende Metallschicht oberhalb der gesamten Oberfläche der Kollektorschicht mit niedrigem Widerstand 14 gebildet, so daß auf diese Weise der Rückstufentransistor vervollständigt wird.Then, as shown in FIG. 35, a metal layer serving as a collector electrode 52 is formed above the entire surface of the low-resistance collector layer 14 , so that the step-down transistor is completed in this way.
Auf der anderen Seite wird vermittels des vorstehend erwähn ten ersten oder zweiten Verfahrens zur Herstellung einer Kollektorschicht mit hohem Widerstand eine Kollektorschicht mit hohem Widerstand 11 mit einer relativ kleinen Filmdicke ((120 + α) µm) und mit einem relativ hohen Widerstand (80 Ωcm) und eine Kollektorschicht mit niedrigem Widerstand 12 auf einem zweiten Chip, der unterschiedlich ist von dem er sten Chip, gebildet, wie es in Fig. 18 dargestellt ist. Im folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung eines Transi stors auf dem zweiten Chip, der als Vorderstufentransistor- Chip dient, erläutert.On the other hand, by means of the above-mentioned first or second method for producing a high resistance collector layer, a high resistance collector layer 11 having a relatively small film thickness ((120 + α) µm) and a relatively high resistance (80 Ωcm) and a low resistance collector layer 12 formed on a second chip different from the first chip as shown in FIG. 18. In the following, a method for producing a transistor on the second chip, which serves as a front-stage transistor chip, is explained.
Zunächst wird gemäß Fig. 29 der Oxidfilm 104 auf Oberflächen der Kollektorschicht 11 mit hohem Widerstand und der Kollek torschicht mit niedrigem Widerstand 12 durch chemische Oxi dation gebildet.First, Figure 29, the oxide film 104 on the surfaces of the collector layer, in accordance with. 11 of high resistance and low resistance collector torschicht 12 formed by chemical Oxi dation.
Daran anschließend wird gemäß Fig. 22 der auf der Oberfläche der Kollektorschicht mit hohem Widerstand 11 gebildete Oxid film 104 vermittels Photolithographie strukturiert. Dabei wird der auf der Kollektorschicht mit niedrigem Widerstand 12 gebildete Oxidfilm 104 vollständig entfernt.Thereafter, according to Fig. 22 of the oxide formed on the surface of the collector layer 11 with a high resistance film 104 by means of photolithography structured. The oxide film 104 formed on the low resistance collector layer 12 is completely removed.
Daran anschließend wird gemäß Fig. 24 vermittels Ionenim plantation einer Verunreinigung vom P-Typ oder vermittels Diffusion in einem Gas, welches eine Verunreinigung enthält, die Verunreinigung vom P-Typ in die Oberfläche der Kollek torschicht mit hohem Widerstand 11 eingeführt und bis zu ei ner Tiefe α in oxidierender Atmosphäre zur Bildung der Ba sisbereiche 21, 22 und des Schutzringes 18 eindiffundiert. Als Ergebnis hiervon erreicht der Kollektorfilm eine Dicke tN⁻(F) von 120 µm. Bei diesem Schritt wird der Oxidfilm 104 auf den Oberflächen der Kollektorschicht mit hohem Wider stand 11</ 45166 00070 552 001000280000000200012000285914505500040 0002004306464 00004 45047BOL< und der Kollektorschicht mit niedrigem Widerstand 12 gebildet. Als nächstes wird gemäß Fig. 26 der auf der Oberfläche der Kollektorschicht mit hohem Widerstand 11 gebildete Oxidfilm 104 durch Photolithographie strukturiert. Bei diesem Schritt wird der auf der Oberfläche der Kollektorschicht mit niedri gem Widerstand 12 gebildete Oxidfilm 104 vollständig ent fernt. Daran anschließend wird gemäß Fig. 28 eine Verunreinigung vom N-Typ in die Oberfläche der Kollektorschicht mit hohem Widerstand 11 eingeführt und bis zu einer Tiefe β (< α) in oxidierender Atmosphäre zur Bildung von Emitterbereichen 31, 32 und eines Kanalstops 19 eindiffundiert. Bei diesem Schritt wird der Oxidfilm 104 auf den Oberflächen der Kol lektorschicht mit hohem Widerstand 11 und der Kollektor schicht mit niedrigem Widerstand 12 gebildet. Desweiteren wird gemäß Fig. 30 der auf der Oberfläche der Kollektorschicht mit hohem Widerstand 11 gebildete Oxidfilm 104 vermittels Photolithographie strukturiert. Der auf diese Weise strukturierte Oxidfilm 104 dient als Oxidfilm 4 gemäß Fig. 8. Bei diesem Schritt wird der auf der Oberfläche der Kollektorschicht mit niedrigem Widerstand 12 gebildete Oxid film 10 vollständig entfernt. Daran anschließend wird gemäß Fig. 32 vermittels Dampfab scheidung, sputtern, usw. eine Metallschicht 106 über die gesamte Oberfläche der Kollektorschicht mit hohem Widerstand 11 gebildet. Desweiteren wird gemäß Fig. 34 die Metallschicht 106 durch Photolithographie zur Bildung einer Vorderbasiselektrode 62, einer Basisemitter-Verbindungselektrode 81, und einer Vor derstufenemitter-Elektrode 72 strukturiert. Daran anschließend wird gemäß Fig. 36 eine als eine Kollek torelektrode 51 dienende Metallschicht oberhalb der gesamten Oberfläche der Kollektorschicht mit niedrigem Widerstand 12 gebildet, und somit wird der Vorderstufentransistor vervoll ständigt. Bei den auf diese Weise hergestellten Vorder- und Rückstuf entransistoren werden die Vorderstufenemitter-Elektrode 71 und die Rückstufenseitenbasis-Elektrode 62 elektrisch durch eine Verdrahtung 41 verbunden, während die Vorderstufensei tenkollektor-Elektrode 51 und die Rückstufenseitenkollektor- Elektrode 62 durch eine Verdrahtung 42 elektrisch verbunden werden, so daß der Dreistufen-Darlington-Transistor gemäß dem in Fig. 8 dargestellten ersten bevorzugten Ausführungs beispiel vervollständigt wird. 4-4. Anordnung einer Vorrichtung gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel Ein Darlington-Transistor gemäß einem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist zu einem Fall äquivalent, bei dem: M = 2, m = 1 ist. Fig. 37 zeigt in einer schematischen Ansicht eine Anordnung eines zweiten Stufen-Darlington-Transistors gemäß dem zwei ten bevorzugten Ausführungsbeispiel. Wie es in Fig. 37 dar gestellt ist, wird in einem Vorderstufentransistor-Chip TF eine Kollektorschicht mit hohem Widerstand 11 auf einer Kol lektorschicht mit niedrigem Widerstand 12 gebildet. Ein Ba sisbereich 21 eines Transistors Q1 ist in einem Bereich A1 eines oberen Abschnittes der Kollektorschicht mit hohem Wi derstand 11 gebildet, während ein Emitterbereich 31 selektiv auf einer Oberfläche eines Basisbereiches 21 gebildet ist. Desweiteren ist eine Vorderstufenseitenkollektor-Elektrode 51 auf einer Oberfläche der Kollektorschicht mit niedrigem Widerstand 12 gebildet, eine Vorderstufenseitenbasis-Elek trode 61 ist auf dem Basisbereich 21 des Transistors Q1 ge bildet, und eine Vorderstufenseitenemitter-Elektrode 71 ist auf dem Emitterbereich 31 des Transistors Q1 gebildet. Die Bezugsziffer 4 bezeichnet einen Oxidfilm, die Bezugsziffer 18 bezeichnet einen Schutzring, und die Bezugsziffer 19 be zeichnet einen Kanalstop. Auf der anderen Seite wird in einem Rückstufentransistor- Chip TR eine Kollektorschicht mit hohem Widerstand 13 auf einer Kollektorschicht mit niedrigem Widerstand 14 gebildet. Ein Basisbereich 22 eines Transistors Q2 ist in einem Be reich A2 eines oberen Abschnittes der Kollektorschicht mit hohem Widerstand 13 gebildet, und ein Emitterbereich 32 ist selektiv in einer Oberfläche des Basisbereiches 22 gebildet. Desweiteren ist eine Rückstufenseitenkollektor-Elektrode 52 auf der Oberfläche der Kollektorschicht mit niedrigem Wider stand 14 gebildet, eine Rückstufenseitenbasis-Elektrode 62 ist auf dem Basisbereich 22 des Transistors Q2 gebildet, und eine Rückstufenseitenemitter-Elektrode 72 ist auf dem Emit terbereich 32 des Transistors Q2 gebildet. Die Bezugsziffer 4 bezeichnet einen Oxidfilm, die Bezugsziffer 18 bezeichnet einen Schutzring, und die Bezugsziffer 19 bezeichnet einen Kanalstop. Die Vorderstufenseitenemitter-Elektrode 71 und die Rückstu fenseitenbasis-Elektrode 62 sind elektrisch über eine Ver drahtung 41 verbunden, während die Vorderstufenseitenkollek tor-Elektrode 51 und die Rückstufenseitenkollektor-Elektrode 52 durch eine Verdrahtung 42 elektrisch verbunden sind. So mit wirkt die Vorderstufenseitenbasis-Elektrode 61 als eine Basiselektrode des zweiten Stufen-Darlington-Transistors, die Rückstufenseitenemitter-Elektrode 72 wirkt als dessen Emitterelektrode, und die Vorderstufenseitenkollektor-Elek trode 51 und die Rückstufenseitenkollektor-Elektrode 52 dient als dessen Kollektorelektrode. Bei dem Vorderstufenseitentransistor-Chip TF ist der Kollek torwiderstand ρN⁻ der Kollektorschicht mit hohem Widerstand 11 auf 110 Ωcm eingestellt und dessen Kollektor-Filmdicke tN⁻ ist auf 100 µm eingestellt, und bei dem Rückstufentran sistor-Chip TR ist der Kollektorwiderstand ρN⁻ der Kollek torschicht mit hohem Widerstand 13 auf 45 Ωcm eingestellt und dessen Kollektor-Filmdicke tN⁻ ist auf 160 µm einge stellt. Somit erfüllen der Transistor Q1 der ersten Stufe und der Transistor Q2 der zweiten Stufe die <Theorie 2<. Ein Transistor, der die <Theorie 1< erfüllt, ist der zweite Stufentransistor Q2 (r = 45/160 = etwa 0,28). 4-5. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung gemäß dem zweiten bevorzugten Ausführungsbeispiel Ähnlich wie bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel werden der Vorderstufenseitentransistor-Chip TF und der Rückstufenseitentransistor-Chip TR getrennt voneinander her gestellt. 4-6. Anordnung einer Vorrichtung gemäß einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel Ein Darlington-Transistor gemäß einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist äquivalent zu einem Fall, bei dem M = 3, m = 1 ist. Fig. 38 zeigt in einer Schnittansicht eine Anordnung eines Dreistufen-Darlington-Transistors gemäß dem dritten bevor zugten Ausführungsbeispiel. Wie es in Fig. 38 dargestellt ist, ist in einem Vorderstufentransistor-Chip TF eine Kol lektorschicht mit hohem Widerstand 11 auf einer Kollektor schicht mit niedrigem Widerstand 12 gebildet. Ein Basisbereich 21 eines Transistors Q1 ist in einem Be reich A1 eines oberen Abschnittes der Kollektorschicht mit hohem Widerstand 11 gebildet, während ein Emitterbereich 31 selektiv in einer Oberfläche des Basisbereiches 21 gebildet ist. Daran anschließend wird eine Vorderstufenseitenkollek tor-Elektrode 51 auf einer Oberfläche der Kollektorschicht mit niedrigem Widerstand 12 gebildet, und es wird eine Vor derstufenseitenbasis-Elektrode 61 auf dem Basisbereich 21 des Transistors Q1 gebildet, und es wird eine Vorderstufen seitenemitter-Elektrode 71 auf den Emitterbereich 31 des Transistors Q1 gebildet. Die Bezugsziffer 4 bezeichnet einen Oxidfilm, die Bezugsziffer 18 bezeichnet einen Schutzring, und die Bezugsziffer 19 bezeichnet einen Kanalstop. Auf der anderen Seite wird in einem Rückstufenseitentransi stor-Chip TR eine Kollektorschicht mit hohem Widerstand 13 auf einer Oberfläche einer Kollektorschicht mit niedrigem Widerstand 14 gebildet. Die Basisbereiche 22 und 23 der Transistoren Q2 und Q3 sind in Bereichen A2 und A3 eines oberen Abschnittes der Kollektorschicht mit hohem Widerstand 13 jeweils gebildet, und Emitterbereiche 32 und 33 sind se lektiv auf Oberflächen der Basisbereiche 22 und 23 gebildet. Daran anschließend wird eine Rückstufenseitenkollektor-Elek trode 52 auf der Oberfläche der Kollektorschicht mit niedri gem Widerstand 14 gebildet, eine Rückstufenseitenbasis-Elek trode 62 wird auf den Basisbereich 22 des Transistors Q2 ge bildet, eine Rückstufenseitenemitter-Elektrode 72 wird auf dem Emitterbereich 33 des Transistors Q3 gebildet, und eine Basisemitter-Verbindungselektrode 82 wird über den Emitter bereich 32 des Transistors Q2 zu dem Basisbereich 23 des Transistors Q3 gebildet. Die Bezugsziffer 4 bezeichnet einen Oxidfilm, die Bezugsziffer 18 einen Schutzring, die Bezugs ziffer 19 bezeichnet einen Kanalstop. Die Vorderstufenseitenemitter-Elektrode 71 und Rückstufen seitenbasis-Elektrode 62 sind elektrisch vermittels einer Verdrahtung 41 verbunden, während die Vorderstufenseitenkol lektor-Elektrode 51 und Rückstufenseitenkollektor-Elektrode 52 elektrisch mittels einer Verdrahtung 42 verbunden sind. Somit wirkt die Vorderstufenseitenbasis-Elektrode 61 als eine Basiselektrode eines Dreistufen-Darlington-Transistors, die Rückstufenseitenemitter-Elektrode 72 wirkt als eine Emitterelektrode, und die Vorderstufenseitenkollektor-Elek trode 51 und die Rückstufenseitenkollektor-Elektrode 52 wir ken als Kollektorelektroden. Bei dem Vorderstufenseitentransistor-Chip TF ist der Kollek torwiderstand ρN⁻ der Kollektorschicht mit hohem Widerstand 11 auf 80 Ωcm eingestellt, und dessen Kollektor-Filmdicke tN⁻ ist auf 120 µm eingestellt, und bei dem Rückstufentran sistor-Chip TR ist der Kollektorwiderstand ρN⁻ der Kollektorschicht mit hohem Widerstand 13 auf 45 Ωcm einge stellt, und dessen Kollektor-Filmdicke tN⁻ ist auf 140 µm eingestellt. Somit erfüllen der Transistor Q1 der ersten Stufe und der Transistor Q2 der zweiten Stufe die <Theorie 2<. Ein Transistor, der die <Theorie 1< erfüllt, ist ein Zwei stufen-Transistor Q2 bzw. ein Dreistufen-Transistor Q3 (r = 45/140 = etwa 0,32). 4-7. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung gemäß dem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel Ähnlich wie bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel werden der Vorderstufenseitentransistor-Chip TF und der Rückstufenseitentransistor-Chip TR getrennt voneinander her gestellt. 4-8. Anordnung einer Vorrichtung gemäß dem vierten be vorzugten Ausführungsbeispiel Ein Darlington-Transistor gemäß einem vierten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist äquivalent zu einem Fall, bei dem M = 4, m = 3 ist. Fig. 39 zeigt in einer schematischen Schnittansicht eine An ordnung eines Vierstufen-Darlington-Transistors gemäß dem vierten bevorzugten Ausführungsbeispiel. Wie es in Fig. 39 dargestellt ist, ist in einem Vorderstufentransistor-Chip TF eine Kollektorschicht mit hohem Widerstand 11 auf einer Kol lektorschicht mit niedrigem Widerstand 12 gebildet. Es sind Basisbereiche 21 bis 23 von Transistoren Q1 bis Q3 in Bereichen A1 bis A3 eines oberen Abschnittes der Kollek torschicht mit hohem Widerstand 11 gebildet, während Emit terbereiche 31 bis 33 selektiv in Oberflächen der Basisbe reiche 21 bis 23 gebildet sind. Desweiteren ist eine Vorder stufenseitenkollektor-Elektrode 51 auf einer Oberfläche der Kollektorschicht mit niedrigem Widerstand 12 gebildet, eine Vorderstufenseitenbasis-Elektrode 61 ist auf dem Basisbe reich 21 des Transistors Q1 gebildet, eine Vorderstufensei tenemitter-Elektrode 71 ist auf dem Emitterbereich 33 des Transistors Q3 gebildet, eine Basis-Emitter-Verbindungselek trode 81 ist über dem Emitterbereich 31 des Transistors Q1 zum Basisbereich 22 des Transistors Q2 gebildet, und eine Basis-Emitter-Verbindungselektrode 83 ist über den Emitter bereich 32 des Transistors Q2 zum Basisbereich 23 des Tran sistors Q3 verbunden. Die Bezugsziffer 4 bezeichnet ein Oxid, die Bezugsziffer 18 bezeichnet einen Schutzring, und die Bezugsziffer 19 bezeichnet einen Kanalstop. Auf der anderen Seite ist in dem Rückstufenseitentransistor chip TR eine Kollektorschicht mit hohem Widerstand 13 auf einer Oberfläche einer Kollektorschicht mit niedrigem Wider stand 14 gebildet. Ein Basisbereich 24 eines Transistors Q4 ist in einem Bereich A4 eines oberen Abschnittes der Kollek torschicht mit hohem Widerstand 13 gebildet, und ein Emit terbereich 34 ist selektiv auf einer Oberfläche des Basisbe reiches 24 gebildet. Daran anschließend wird eine Rückstu fenseitenkollektorelektrode 52 auf der Oberfläche der Kol lektorschicht mit niedrigem Widerstand 14 gebildet, eine Rückstufenseitenbasiselektrode 62 wird auf dem Basisbereich 24 des Transistors Q4 gebildet, eine Rückstufenseitenemitte relektrode 72 wird auf dem Emitterbereich 34 des Transistors Q4 gebildet. Die Bezugsziffer bezeichnet einen Oxidfilm, die Bezugsziffer 18 bezeichnet einen Schutzring, die Bezugszif fer 19 bezeichnet einen Kanalstop. Die Vorderstufenseitenemitter-Elektrode 71 und Rückstufen seitenbasis-Elektrode 62 sind elektrisch vermittels einer Verdrahtung 41 verbunden, während die Vorderstufenseitenkol lektor-Elektrode 51 und Rückstufenseitenkollektor-Elektrode 52 elektrisch mittels einer Verdrahtung 42 verbunden sind. Somit wirkt die Vorderstufenseitenbasis-Elektrode 61 als eine Basiselektrode eines Vierstufen-Darlington-Transistors, die Rückstufenseitenemitter-Elektrode 72 wirkt als eine Emitterelektrode, und die Vorderstufenseitenkollektor-Elek trode 51 und die Rückstufenseitenkollektor-Elektrode 52 wir ken als Kollektorelektroden. Bei dem vorderstufenseitentransistor-Chip TF ist der Kollek torwiderstand ρN⁻ der Kollektorschicht mit hohem Widerstand 11 auf 80 Ωcm eingestellt, und dessen Kollektor-Filmdicke tN⁻ ist auf 120 µm eingestellt, und bei dem Rückstufentran sistor-Chip TR ist der Kollektorwiderstand ρN⁻ der Kollektorschicht mit hohem Widerstand 13 auf 45 Ωcm einge stellt, und dessen Kollektor-Filmdicke tN⁻ ist auf 140 µm eingestellt. Somit erfüllen der Transistor Q3 der dritten Stufe und der Transistor Q4 der vierten Stufe die <Theorie 2<. Ein Transistor, der die <Theorie 1< erfüllt, ist ein Vier stufen-Transistor Q4 (r = 45/140 = etwa 0,32). 4-9. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung gemäß dem vierten bevorzugten Ausführungsbeispiel Ähnlich wie bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel werden der Vorderstufenseitentransistor-Chip TF und der Rückstufenseitentransistor-Chip TR getrennt voneinander her gestellt. 4-10. Anordnung einer Vorrichtung gemäß einem fünften bevorzugten Ausführungsbeispiel Ein Darlington-Transistor gemäß einem fünften bevorzugten Ausführungsbeispiel ist äquivalent zu einem Fall, bei dem M = 4, m = 2 ist. Fig. 40 zeigt in einer Schnittansicht eine Anordnung eines Vierstufen-Darlington-Transistors gemäß dem fünften bevor zugten Ausführungsbeispiel. Wie es in Fig. 40 dargestellt ist, ist in einem Vorderstufentransistor-Chip TF eine Kol lektorschicht mit hohem Widerstand 11 auf einer Kollektor schicht mit niedrigem Widerstand 12 gebildet. Ein Basisbereich 21 eines Transistors Q1 ist in einem Be reich A1 eines oberen Abschnittes der Kollektorschicht mit hohem Widerstand 11 gebildet, während ein Basisbereich 22 eines Transistors Q2 in einem Bereich A2 gebildet ist, und Emitterbereiche 31 und 32 selektiv in Oberflächen der Basis bereiche 21 und 22 gebildet sind. Desweiteren ist eine Vorderstufenseitenkollektor-Elektrode 51 auf einer Oberflä che der Kollektorschicht mit niedrigem Widerstand 12 gebil det, und es ist eine Vorderstufenseitenbasis-Elektrode 61 auf dem Basisbereich 21 des Transistors Q1 gebildet, und es ist eine Vorderstufenseitenemitter-Elektrode 71 auf dem Emitterbereich 32 des Transistors Q2 gebildet, und es ist eine Basisemitterverbindungselektrode 81 über dem Emitterbe reich 31 des Transistors Q1 an den Basisbereich 22 des Tran sistors Q2 gebildet. Die Bezugsziffer 4 bezeichnet einen Oxidfilm, die Bezugsziffer 18 bezeichnet einen Schutzring, und die Bezugsziffer 19 bezeichnet einen Kanalstop. Auf der anderen Seite wird in einem Rückstufenseitentransi stor-Chip TR eine Kollektorschicht mit hohem Widerstand 13 auf einer Oberfläche einer Kollektorschicht mit niedrigem Widerstand 14 gebildet. Die Basisbereiche 23 und 24 der Transistoren Q3 und Q4 sind in Bereichen A3 und A4 eines oberen Abschnittes der Kollektorschicht mit hohem Widerstand 13 jeweils gebildet, und Emitterbereiche 33 und 34 sind se lektiv auf Oberflächen der Basisbereiche 23 und 24 gebildet. Daran anschließend wird eine Rückstufenseitenkollektor-Elek trode 52 auf der Oberfläche der Kollektorschicht mit niedri gem Widerstand 14 gebildet, eine Rückstufenseitenbasis-Elek trode 62 wird auf dem Basisbereich 23 des Transistors Q3 ge bildet, eine Rückstufenseitenemitter-Elektrode 72 wird auf dem Emitterbereich 34 des Transistors Q4 gebildet, und eine Basisemitter-Verbindungselektrode 82 wird über den Emitter bereich 33 des Transistors Q3 zu dem Basisbereich 24 des Transistors Q4 gebildet. Die Bezugsziffer 4 bezeichnet einen Oxidfilm, die Bezugsziffer 18 einen Schutzring, die Bezugs ziffer 19 bezeichnet einen Kanalstopp. Die Vorderstufenseitenemitter-Elektrode 71 und Rückstufen seitenbasis-Elektrode 62 sind elektrisch vermittels einer Verdrahtung 41 verbunden, während die Vorderstufenseitenkol lektor-Elektrode 51 und Rückstufenseitenkollektor-Elektrode 52 elektrisch mittels einer Verdrahtung 42 verbunden sind. Somit wirkt die Vorderstufenseitenbasis-Elektrode 61 als eine Basiselektrode eines Vierstufen-Darlington-Transistors, die Rückstufenseitenemitter-Elektrode 72 wirkt als eine Emitterelektrode, und die Vorderstufenseitenkollektor-Elek trode 51 und die Rückstufenseitenkollektor-Elektrode 52 wir ken als Kollektorelektroden. Bei dem Vorderstufenseitentransistor-Chip TF ist der Kollek torwiderstand ρN⁻ der Kollektorschicht mit hohem Widerstand 11 auf 80 Ωcm eingestellt, und dessen Kollektor-Filmdicke tN⁻ ist auf 120 µm eingestellt, und bei dem Rückstufentran sistor-Chip TR ist der Kollektorwiderstand ρN⁻ der Kollektorschicht mit hohem Widerstand 13 auf 45 Ωcm einge stellt, und dessen Kollektor-Filmdicke tN⁻ ist auf 140 µm eingestellt. Somit erfüllen der Transistor Q2 der zweiten Stufe und der Transistor Q3 der dritten Stufe die <Theorie 2<. Transistoren, die die <Theorie 1< erfüllen, sind ein Drei stufen-Transistor Q3 bzw. ein Vierstufen-Transistor Q4 (r = 45/140 = etwa 0,32). 4-11. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung gemäß dem fünften bevorzugten Ausführungsbeispiel Ähnlich wie bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel werden der Vorderstufenseitentransistor-Chip TF und der Rückstufenseitentransistor-Chip TR getrennt voneinander her gestellt. 4-12. Anordnung einer Vorrichtung gemäß einem sechsten bevorzugten Ausführungsbeispiel Ein Darlington-Transistor gemäß einem dritten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist äquivalent zu einem Fall, bei dem M = 4, m = 1 ist. Fig. 41 zeigt in einer Schnittansicht eine Anordnung eines Vierstufen-Darlington-Transistors gemäß dem sechsten bevor zugten Ausführungsbeispiel. Wie es in Fig. 41 dargestellt ist, ist in einem Vorderstufentransistor-Chip TF eine Kol lektorschicht mit hohem Widerstand 11 auf einer Kollektor schicht mit niedrigem Widerstand 12 gebildet. Ein Basisbereich 21 eines Transistors Q1 ist in einem Be reich A1 eines oberen Abschnittes der Kollektorschicht mit hohem Widerstand 11 gebildet, während ein Emitterbereich 31 selektiv in einer Oberfläche des Basisbereiches 21 gebildet ist. Desweiteren ist eine Vorderstufenseitenkollektor-Elek trode 51 auf einer Oberfläche der Kollektorschicht mit nied rigem Widerstand 12 gebildet, und es wird eine Vor derstufenseitenbasis-Elektrode 61 auf dem Basisbereich 21 des Transistors Q1 gebildet, und es ist eine Vorderstufen seitenemitter-Elektrode 71 auf dem Emitterbereich 32 des Transistors Q2 gebildet. Die Bezugsziffer 4 bezeichnet einen Oxidfilm, die Bezugsziffer 18 bezeichnet einen Schutzring, und die Bezugsziffer 19 bezeichnet einen Kanalstopp. Auf der anderen Seite ist in einem Rückstufenseitentransi stor-Chip TR eine Kollektorschicht mit hohem Widerstand 13 auf einer Oberfläche einer Kollektorschicht mit niedrigem Widerstand 14 gebildet. Die Basisbereiche 22 bis 24 der Transistoren Q2 bis Q4 sind in Bereichen A2 bis A4 eines oberen Abschnittes der Kollektorschicht mit hohem Widerstand 13 jeweils gebildet, und Emitterbereiche 32 bis 34 sind se lektiv auf Oberflächen der Basisbereiche 22 und 24 gebildet. Daran anschließend wird eine Rückstufenseitenkollektor-Elek trode 52 auf der Oberfläche der Kollektorschicht mit niedri gem Widerstand 14 gebildet, eine Rückstufenseitenbasis-Elek trode 62 wird auf den Basisbereich 22 des Transistors Q2 ge bildet, eine Rückstufenseitenemitter-Elektrode 72 wird auf dem Emitterbereich 34 des Transistors Q4 gebildet, und eine Basisemitter-Verbindungselektrode 82 wird über den Emitter bereich 32 des Transistors Q2 zu dem Basisbereich 24 des Transistors Q4 gebildet. Die Bezugsziffer 4 bezeichnet einen Oxidfilm, die Bezugsziffer 18 einen Schutzring, die Bezugs ziffer 19 bezeichnet einen Kanalstop. Die Vorderstufenseitenemitter-Elektrode 71 und Rückstufen seitenbasis-Elektrode 62 sind elektrisch vermittels einer Verdrahtung 41 verbunden, während die Vorderstufenseitenkol lektor-Elektrode 51 und Rückstufenseitenkollektor-Elektrode 52 elektrisch mittels einer Verdrahtung 42 verbunden sind. Somit wirkt die Vorderstufenseitenbasis-Elektrode 61 als eine Basiselektrode eines Vierstufen-Darlington-Transistors, die Rückstufenseitenemitter-Elektrode 72 wirkt als eine Emitterelektrode, und die Vorderstufenseitenkollektor-Elek trode 51 und die Rückstufenseitenkollektor-Elektrode 52 wir ken als Kollektorelektroden. Bei dem Vorderstufenseitentransistor-Chip TF ist der Kollek torwiderstand ρN⁻ der Kollektorschicht mit hohem Widerstand 11 auf 80 Ωcm eingestellt, und dessen Kollektor-Filmdicke tN⁻ ist auf 120 µm eingestellt, und bei dem Rückstufentran sistor-Chip TR ist der Kollektorwiderstand ρN⁻ der Kollektorschicht mit hohem Widerstand 13 auf 45 Ωcm einge stellt, und dessen Kollektor-Filmdicke ρN⁻ ist auf 140 µm eingestellt. Damit erfüllen der Transistor Q1 der ersten Stufe und der Transistor Q2 der zweiten Stufe die <Theorie 2<. Transistoren, die die <Theorie 1< erfüllen, sind ein Zwei stufen-Transistor, ein Dreistufen-Transistor und ein Vier stufen-Transistor Q2, Q3 und Q4 (r = 45/140 = etwa 0,32). 4-13. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung gemäß dem sechsten bevorzugten Ausführungsbeispiel Ähnlich wie bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel werden der Vorderstufenseitentransistor-Chip TF und der Rückstufenseitentransistor-Chip TR getrennt voneinander her gestellt. 4-14. Anordnung einer Vorrichtung gemäß einem siebten bevorzugten Ausführungsbeispiel Ein Darlington-Transistor gemäß einem siebten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist äquivalent zu einem Fall, bei dem M = 4, i = 1, 2, 3 ist. Fig. 42 zeigt in einer Schnittansicht eine Anordnung eines Dreistufen-Darlington-Transistors gemäß dem siebten bevor zugten Ausführungsbeispiel. Der Dreistufen-Darlington-Tran sistor weist drei Transistorchips auf, nämlich Transistor chips TN1, TN2 und TN3 der ersten Stufe, der zweiten Stufe und der dritten Stufe. Wie es in Fig. 42 dargestellt ist, ist in einem Transistor-Chip TN1 der ersten Stufe eine Kol lektorschicht mit hohem Widerstand 11 auf einer Kollektor schicht mit niedrigem Widerstand 12 gebildet. Ein Basisbe reich 21 eines Transistors Q1 ist in einem Bereich A1 eines oberen Abschnittes der Kollektorschicht mit hohem Widerstand 11 gebildet, während ein Emitterbereich 31 selektiv in einer Oberfläche des Basisbereiches 21 gebildet ist. Desweiteren ist eine Kollektor-Elektrode der ersten Stufe 51 auf einer Oberfläche der Kollektorschicht mit niedrigem Widerstand 12 gebildet, und es ist eine Basis-Elektrode der ersten Stufe 61 auf dem Basisbereich 21 des Transistors Q1 gebildet, und es ist eine Emitter-Elektrode der ersten Stufe 71 auf dem Emitterbereich 32 des Transistors Q2 gebildet. Die Bezugs ziffer 4 bezeichnet einen Oxidfilm, die Bezugsziffer 18 be zeichnet einen Schutzring, und die Bezugsziffer 19 bezeich net einen Kanalstopp. Auf der anderen Seite ist in dem Transistor-Chip TN2 der zweiten Stufe eine Kollektorschicht mit hohem Widerstand 13 auf einer Oberfläche einer Kollektorschicht mit niedrigem Widerstand 14 gebildet. Ein Basisbereich 22 des Transistors Q2 ist einem Bereich A2 eines oberen Abschnittes der Kollek torschicht mit hohem Widerstand 13 gebildet, und ein Emit terbereich 32 ist selektiv in einer Oberfläche des Basisbe reiches 22 gebildet. Daran anschließend wird eine Kollektor- Elektrode der zweiten Stufe 52 auf der Oberfläche der Kol lektorschicht mit niedrigem Widerstand 14 gebildet, eine Ba sis-Elektrode der zweiten Stufe 62 wird auf dem Basisbereich 22 des Transistors Q2 gebildet, und eine Rückstufenseiten emitter-Elektrode 72 wird auf dem Emitterbereich 32 des Transistors Q2 gebildet. Die Bezugsziffer 4 bezeichnet einen Oxidfilm, die Bezugsziffer 18 einen Schutzring, die Bezugs ziffer 19 bezeichnet einen Kanalstop. Bei dem Transistorchip der dritten Stufe TN3 ist eine Kol lektorschicht mit hohem Widerstand 15 auf einer Kollektor schicht mit niedrigem Widerstand 16 gebildet. Ein Basisbe reich 23 eines Transistors Q3 ist in einem Bereich A3 eines oberen Abschnittes der Kollektorschicht mit hohem Widerstand 15 gebildet, und ein Emitterbereich 33 ist selektiv in einer Oberfläche eines Basisbereiches 23 gebildet. Eine Kollektor elektrode der dritten Stufe 53 ist auf einer Oberfläche der Kollektorschicht mit niedrigem Widerstand 16 gebildet, eine Basiselektrode der dritten Stufe 63 ist auf dem Basisbereich 23 des Transistors Q3 gebildet, und eine Emitterelektrode der dritten Stufe 73 ist auf dem Emitterbereich 33 des Tran sistors Q3 gebildet. Die Bezugsziffer 4 bezeichnet einen Oxidfilm, die Bezugsziffer 18 bezeichnet einen Schutzring und die Bezugsziffer 19 bezeichnet einen Kanalstop. Die Emitterelektrode der ersten Stufe 71 und die Basiselek trode der zweiten Stufe 62 sind vermittels einer Verdrahtung 41 elektrisch verbunden, die Kollektorelektrode der zweiten Stufe 72 und die Basiselektrode der dritten Stufe 63 sind elektrisch vermittels einer Verdrahtung 43 verbunden, und die Kollektorelektrode der ersten Stufe 51, die Kollektor elektrode der zweiten Stufe 52, und die Kollektorelektrode 53 der dritten Stufe sind gemeinsam vermittels einer Ver drahtung 44 elektrisch verbunden. Somit wirkt die Basiselek trode der ersten Stufe 61 als eine Basiselektrode eines Dreistufen-Darlington-Transistors, die Emitterelektrode der dritten Stufe 73 wirkt als dessen Emitterelektrode, und die Kollektorelektroden der ersten Stufe 51, die Kollektorelek trode der zweiten Stufe 52, und die Kollektorelektrode der zweiten Stufe 52, und die Kollektorelektrode der dritten Stufe 53 wirken als dessen Kollektorelektroden. Bei dem Transistorchip der ersten Stufe TN1 ist der Kollektorwider stand ρN⁻ der Kollektorschicht mit hohem Widerstand 11 auf 80 Ωcm eingestellt, und dessen Kollektorfilmdicke TN⁻ ist auf 120 µm eingestellt; bei dem Transistorchip der zweiten Stufe TN2 ist der Kollektorwiderstand ρN⁻ der Kollektor schicht mit hohem Widerstand 13 auf 60 Ωcm eingestellt, und dessen Kollektorfilmdicke TN⁻ ist auf 130 µm eingestellt; bei dem Transistorchip der dritten Stufe TN3 ist der Kollek torwiderstand ρN⁻ der Kollektorschicht mit hohem Widerstand 13 auf 45 Ωcm eingestellt, und dessen Kollektorfilmdicke TN⁻ ist auf 140 µm eingestellt. Somit erfüllen der Transistor Q1 der ersten Stufe und der Transistor Q2 der zweiten Stufe die <Theorie 2<. Die Transistoren, welche die <Theorie 2< erfül len, sind der Transistor Q2 der zweiten Stufe und ein Tran sistor Q3 der dritten Stufe. Transistoren, welche die <Theorie 1< erfüllen, sind der Transistor der zweiten Stufe Q2 (r = 60/130 = etwa 0,46) und der Transistor der dritten Stufe Q3 (r = 45/140 = etwa 0,32). 4-15. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung gemäß dem siebten bevorzugten Ausführungsbeispiel Ähnlich wie bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel werden der Transistorchip der ersten Stufe TN1, der Transi storchip der zweiten Stufe TN2 und der Transistorchip der dritten Stufe TN3 getrennt voneinander hergestellt. 4-16. Anordnung einer Vorrichtung gemäß einem achten be vorzugten Ausführungsbeispiel Ein Darlington-Transistor gemäß einem achten bevorzugten Ausführungsbeispiel ist äquivalent zu einem Fall, bei dem M = 4, i = 1, 2, 3, 4 ist. Fig. 43 zeigt in einer Schnittansicht eine Anordnung eines Vierstufen-Darlington-Transistors gemäß dem achten bevor zugten Ausführungsbeispiel. Der Vierstufen-Darlington-Tran sistor weist vier Transistorchips auf, nämlich Transistor chips TN1, TN2, TN3 und TN4 der ersten Stufe, der zweiten Stufe, der dritten Stufe und der vierten Stufe und vier Transistorchips. Wie es in Fig. 43 dargestellt ist, ist in einem Transistor-Chip TN1 der ersten Stufe eine Kol lektorschicht mit hohem Widerstand 11 auf einer Kollektor schicht mit niedrigem Widerstand 12 gebildet. Ein Basisbe reich 21 eines Transistors Q1 ist in einem Bereich A1 eines oberen Abschnittes der Kollektorschicht mit hohem Widerstand 11 gebildet, während ein Emitterbereich 31 ist selektiv in einer Oberfläche des Basisbereiches 21 gebildet. Desweiteren ist eine Kollektor-Elektrode der ersten Stufe 51 auf einer Oberfläche der Kollektorschicht mit niedrigem Widerstand 12 gebildet, und es ist eine Basis-Elektrode der ersten Stufe 61 auf dem Basisbereich 21 des Transistors Q1 gebildet, und es ist eine Emitter-Elektrode der ersten Stufe 71 auf dem Emitterbereich 32 des Transistors Q2 gebildet. Die Bezugs ziffer 4 bezeichnet einen Oxidfilm, die Bezugsziffer 18 be zeichnet einen Schutzring, und die Bezugsziffer 19 bezeich net einen Kanalstop. Auf der anderen Seite ist in dem Transistor-Chip TN2 der zweiten Stufe eine Kollektorschicht mit hohem Widerstand 13 auf einer Oberfläche einer Kollektorschicht mit niedrigem Widerstand 14 gebildet. Ein Basisbereich 22 des Transistors Q2 ist einem Bereich A2 eines oberen Abschnittes der Kollek torschicht mit hohem Widerstand 13 gebildet, und ein Emit terbereich 32 ist selektiv in einer Oberfläche des Basisbe reiches 22 gebildet. Daran anschließend wird eine Kollektor- Elektrode der zweiten Stufe 52 auf der Oberfläche der Kol lektorschicht mit niedrigem Widerstand 14 gebildet, eine Ba sis-Elektrode der zweiten Stufe 62 wird auf dem Basisbereich 22 des Transistors Q2 gebildet, und eine Rückstufenseiten emitter-Elektrode 72 wird auf dem Emitterbereich 32 des Transistors Q2 gebildet. Die Bezugsziffer 4 bezeichnet einen Oxidfilm, die Bezugsziffer 18 einen Schutzring, die Bezugs ziffer 19 bezeichnet einen Kanalstop. Bei dem Transistorchip der dritten Stufe TN3 ist eine Kol lektorschicht mit hohem Widerstand 15 auf einer Kollektor schicht mit niedrigem Widerstand 16 gebildet. Ein Basisbe reich 23 eines Transistors Q3 ist in einem Bereich A3 eines oberen Abschnittes der Kollektorschicht mit hohem Widerstand 15 gebildet, und ein Emitterbereich 33 ist selektiv in einer Oberfläche eines Basisbereiches 23 gebildet. Eine Kollektor elektrode der dritten Stufe 53 ist auf einer Oberfläche der Kollektorschicht mit niedrigem Widerstand 16 gebildet, eine Basiselektrode der dritten Stufe 63 ist auf dem Basisbereich 23 des Transistors Q3 gebildet, und eine Emitterelektrode der dritten Stufe 73 ist auf dem Emitterbereich 33 des Tran sistors Q3 gebildet. Die Bezugsziffer 4 bezeichnet einen Oxidfilm, die Bezugsziffer 18 bezeichnet einen Schutzring und die Bezugsziffer 19 bezeichnet einen Kanalstop. Bei dem Transistorchip der vierten Stufe TN4 ist eine Kol lektorschicht mit hohem Widerstand 17 auf einer Kollektor schicht mit niedrigem Widerstand 28 gebildet. Ein Basisbe reich 24 eines Transistors Q4 ist in einem Bereich A4 eines oberen Abschnittes der Kollektorschicht mit hohem Widerstand 17 gebildet, und ein Emitterbereich 34 ist selektiv in einer Oberfläche eines Basisbereiches 24 gebildet. Eine Kollektor elektrode der vierten Stufe 54 ist auf einer Oberfläche der Kollektorschicht mit niedrigem Widerstand 28 gebildet, eine Basiselektrode der vierten Stufe 64 ist auf dem Basisbereich 24 des Transistors Q4 gebildet, und eine Emitterelektrode der vierten Stufe 74 ist auf dem Emitterbereich 34 des Tran sistors Q4 gebildet. Die Bezugsziffer 4 bezeichnet einen Oxidfilm, die Bezugsziffer 18 bezeichnet einen Schutzring und die Bezugsziffer 19 bezeichnet einen Kanalstop. Die Emitterelektrode der ersten Stufe 71 und die Basiselek trode der zweiten Stufe 62 sind vermittels einer Verdrahtung 41 elektrisch verbunden, die Kollektorelektrode der zweiten Stufe 72 und die Basiselektrode der dritten Stufe 63 sind elektrisch vermittels einer Verdrahtung 43 verbunden, die Emitterelektrode 73 der dritten Stufe und die Basiselektrode 64 der vierten Stufe sind vermittels einer Verdrahtung 45 elektrisch verbunden, und die Kollektorelektrode der ersten Stufe 51, die Kollektorelektrode der zweiten Stufe 52, die Kollektorelektrode 53 der dritten Stufe und die Kollektor elektrode der vierten Stufe 54 sind gemeinsam vermittels ei ner Verdrahtung 46 elektrisch verbunden. Somit wirkt die Basiselektrode der ersten Stufe 61 als eine Basiselektrode eines Vierstufen-Darlington-Transistors, die Emitterelek trode der vierten Stufe 74 wirkt als dessen Emitterelek trode, und die Kollektorelektroden der ersten Stufe 51, die Kollektorelektrode der zweiten Stufe 52, und die Kollektor elektrode der dritten Stufe 53, und die Kollektorelektrode der vierten Stufe 54 wirken als dessen Kollektorelektroden. Bei dem Transistorchip der ersten Stufe TN1 ist der Kollektorwiderstand ρN⁻ der Kollektorschicht mit hohem Wi derstand 11 auf 100 Ωcm eingestellt, und dessen Kollektor filmdicke ρN⁻ ist auf 100 µm eingestellt; bei dem Transi storchip der zweiten Stufe TN2 ist der Kollektorwiderstand der Kollektorschicht mit hohem Widerstand 13 auf 80 Ωcm eingestellt, und dessen Kollektorfilmdicke ρN⁻ ist auf 120 µm eingestellt; bei dem Transistorchip der dritten Stufe TN3 ist der Kollektorwiderstand ρN⁻ der Kollektorschicht mit hohem Widerstand 13 auf 60 Ωcm eingestellt, und dessen Kol lektorfilmdicke ρN⁻ ist auf 140 µm eingestellt, und bei dem Transistorchip der vierten Stufe TN4 ist der Kollektorwider stand ρN⁻ der Kollektorschicht mit hohem Widerstand 17 auf 45 Ωcm eingestellt, und dessen Kollektorfilmdicke ρN⁻ auf 160 µm eingestellt. Somit erfüllen der Transistor Q1 der er sten Stufe und der Transistor Q2 der zweiten Stufe die <Theorie 2<. Die Transistoren, welche die <Theorie 2< erfül len, sind der Transistor Q2 der zweiten Stufe und ein Tran sistor Q3 der dritten Stufe, und Transistoren, welche die <Theorie 2< erfüllen, sind der Transistor Q3 der dritten Stufe und der Transistor Q4 der vierten Stufe. Transistoren, welche die <Theorie 1< erfüllen, sind der Transistor der dritten Stufe Q3 (r = 60/130 = etwa 0,46) und der Transistor der vierten Stufe Q4 (r = 45/160 = etwa 0.28). 4-17. Verfahren zur Herstellung einer Vorrichtung gemäß dem achten bevorzugten Ausführungsbeispiel Ähnlich wie bei dem ersten bevorzugten Ausführungsbeispiel werden der Transistorchip der ersten Stufe TN1, der Transi storchip der zweiten Stufe TN2, der Transistorchip der drit ten Stufe TN3, und der Transistorchip der vierten Stufe TN4 getrennt voneinander hergestellt. 5. Ausmaß, bis zu welchem die Wirkungen der Theorie <2-1< erzielt werden Bei den ersten, zweiten, vierten, siebten und achten bevor zugten Ausführungsbeispielen ist der Transistorchip der letzten Stufe als Einzeltransistor ausgebildet, und es wird die <Theorie 2-1< zwischen dem Transistor der letzten Stufe und einem Vorderstufentransistor der letzten Stufe erfüllt. Wie es durch die Kurve L15 gemäß Fig. 11 dargestellt ist, kann in diesem Fall eine Durchbruchsgrenze in einem extrem guten Hochspannungsbereich erhalten werden, ohne die Grenze gegen Kurzschluß zu verschlechtern. Auf der anderen Seite ist bei dem dritten, fünften und sech sten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Transistorchip der letzten Stufe durch zwei oder mehrere Transistoren ausgebil det, und es wird die <Theorie 2-1< zwischen dem Transistor der letzten Stufe und dem Vorderstufentransistor der letzten Stufe nicht erfüllt. In diesem Fall wird eine derart extrem gute Hochspannungseigenschaft gemäß der Kurve L15 in Fig. 11 nicht erzielt. Jedoch wird die <Theorie 2-1< zwischen zumin dest einem anderen Vorderstufentransistor und Rückstufen transistor erfüllt als dem Transistor der letzten Stufe und dem Vorderstufentransistor der letzten Stufe, und demzufolge wird eine bessere Hochspannungseigenschaft erhalten im Ver gleich zu einem Darlington-Transistor, der gemäß der ein gangs beschriebenen Weise gebildet ist. 6. Variationen Es besteht keine Notwendigkeit dafür, daß <Theorie 2-1< und <Theorie 2-2< gemäß der vorliegenden Erfindung unbedingt gleichzeitig angewendet werden müssen, wobei <Theorie 2-1< auch allein angewendet werden kann. Der Darlington-Transistor gemäß der vorliegenden Erfindung kann entweder auf einen NPN-Transistor oder einen PNP-Tran sistor angewendet werden. Der Transistor gemäß einer Anordnung nach <Theorie 1< kann nicht nur auf einen Darlington-Transistor angewendet werden, sondern auch auf einen einzelnen Bipolar-Transistor oder einen Bipolar-Transistor, der auf eine andere Weise verbun den ist. Wie es beschrieben worden ist, weist ein Bipolartransistor gemäß Anspruch 1 und ein gemäß dem in Anspruch 4 bezeichne ten Verfahren hergestellten Bipolar-Transistor ein Verhält nis ρ/t eines Widerstandes ρ (Ωcm) einer Kollektorschicht mit hohem Widerstand zur Filmdicke t (µm) der Kollektor schicht mit hohem Widerstand unmittelbar unterhalb eines Ba sisbereiches von 0,6 oder darunter auf, so daß eine Hochspannungseigenschaft verbessert werden kann. Als Ergebnis hiervon kann eine Hochspannungseigenschaft ei nes Hochspannungsleistungsbipolartransistors verbessert wer den. Desweiteren weisen ein Darlington-Transistor gemäß Anspruch 2 und ein Darlington-Transistor gemäß dem Herstellungsver fahren nach Anspruch 5 einen Widerstand einer ersten Kollek torschicht mit hohem Widerstand eines Vorderstufenbipolar transistors auf, der größer ist als ein Widerstand einer zweiten Kollektorschicht mit hohem Widerstand eines Rückstu fenbipolartransistors, und somit kann ein dauerhaftes Limit gegen Durchbruch in einem guten Hochspannungsbereich erhal ten werden, ohne die Sicherheitsgrenze im Hinblick auf eine Kurzschlußschaltung zu verschlechtern. This is followed byFig. 24 by means of ion im plantation of a P-type or mediated impurity Diffusion in a gas containing an impurity P-type contamination in the surface of the collector High resistance gate layer11 introduced and up to egg ner depth α in an oxidizing atmosphere to form the Ba areas21st,22 and the guard ring18th diffused. As a result, the collector film becomes thick tN⁻ (F) of 120 µm. In this step the oxide film104 on the surfaces of the collector layer with high resistance was standing11 </ 45166 00070 552 001000280000000200012000285914505500040 0002004306464 00004 45047BOL <and the low resistance collector layer 12 formed. Next, as shown in FIG. 26, that on the surface of the High resistance collector layer 11 formed oxide film 104 structured by photolithography. At this step is the low on the surface of the collector layer oxide film 104 formed according to resistor 12 completely ent distant. This is followed by contamination as shown in FIG. 28 of the N type in the surface of the collector layer with high Resistor 11 introduced and to a depth β ( <α) in oxidizing atmosphere to form emitter regions 31, 32 and a channel stop 19 diffused. With this Step, oxide film 104 is formed on the surfaces of the col high resistance detector layer 11 and the collector low resistance layer 12 is formed. Furthermore, according to FIG. 30, the surface of the High resistance collector layer 11 formed oxide film 104 structured using photolithography. The one on this Oxide film 104 structured in this manner serves as oxide film 4 according to FIG Fig. 8. In this step, the surface of the Low resistance collector layer 12 formed oxide film 10 completely removed. Then, according to FIG. 32, steam is removed separation, sputtering, etc. a metal layer 106 over the entire surface of the collector layer with high resistance 11 formed. 34, the metal layer 106 is passed through Photolithography to form a front base electrode 62, a base-emitter connection electrode 81, and a front derstufenemitter-electrode 72 structured. Following this, as shown in FIG. 36, is a collector Gate electrode 51 serving metal layer above the entire Surface of the low resistance collector layer 12 is formed, and thus the front-stage transistor is completed constant. In the front and rear stages produced in this way Entransistors become the front-stage emitter electrode 71 and the backside side base electrode 62 electrically a wiring 41 is connected while the front stages are tenkollektor-electrode 51 and the back stage side collector Electrode 62 electrically connected by wiring 42 be, so that the three-stage Darlington transistor according the first preferred embodiment shown in FIG. 8 example is completed. 4-4. Arrangement of a device according to a second preferred embodiment A Darlington transistor according to a second preferred Embodiment is equivalent to a case where: M = 2, m = 1. 37 shows an arrangement in a schematic view a second stage Darlington transistor according to the two th preferred embodiment. As shown in Fig. 37 is placed in a front-stage transistor chip TF a collector layer with high resistance 11 on a Kol lector layer with low resistance 12 is formed. A ba Sis area 21 of a transistor Q1 is in an area A1 an upper portion of the collector layer with high Wi derstand 11 formed while an emitter region 31 selectively is formed on a surface of a base region 21. There is also a front stage side collector electrode 51 on a surface of the low collector layer Resistor 12 formed, a front step side base elec Trode 61 is on the base region 21 of transistor Q1 and is a front step side emitter electrode 71 formed on the emitter region 31 of the transistor Q1. The Numeral 4 denotes an oxide film, the numeral 18 denotes a protective ring, and the reference number 19 be draws a channel stop. On the other hand, in a step-down transistor Chip TR has a collector layer with high resistance 13 a low-resistance collector layer 14 is formed. A base region 22 of a transistor Q2 is in a loading rich A2 with an upper section of the collector layer high resistance 13 is formed, and an emitter region 32 is selectively formed in a surface of the base region 22. Furthermore, a reverse side collector electrode 52 on the surface of the low resistance collector layer stood 14 formed, a back step side base electrode 62 is formed on the base region 22 of the transistor Q2, and a back side emitter electrode 72 is on the emit terbereich 32 of transistor Q2 formed. The reference number 4 denotes an oxide film, reference numeral 18 denotes a guard ring, and reference numeral 19 denotes one Channel stop. The front step side emitter electrode 71 and the back step Side base electrode 62 are electrically connected via a ver wire 41 connected while the front stage side collector gate electrode 51 and the reverse side collector electrode 52 are electrically connected by wiring 42. Like this 10, the front step side base electrode 61 acts as one Base electrode of the second stage Darlington transistor, the backside side emitter electrode 72 acts as this Emitter electrode, and the front stage side collector elec trode 51 and the reverse side collector electrode 52 serves as its collector electrode. In the front stage side transistor chip TF is the collector gate resistance ρN⁻ of the collector layer with high resistance 11 set to 110 Ωcm and its collector film thickness tN⁻ is set to 100 µm, and in the downgrade train sistor chip TR is the collector resistance ρN⁻ the collector Gate layer with high resistance 13 set to 45 Ωcm and its collector film thickness tN⁻ is set to 160 µm poses. Thus, transistor Q1 meets the first stage and second stage transistor Q2 <Theory 2 <. A transistor that the <Theory 1 <fulfilled is the second Step transistor Q2 (r = 45/160 = about 0.28). 4-5. Method of manufacturing a device according to the second preferred embodiment Similar to the first preferred embodiment the front stage side transistor chip TF and the Reverse side transistor chip TR separately posed. 4-6. Arrangement of a device according to a third preferred embodiment A Darlington transistor according to a third preferred Embodiment is equivalent to a case where M = 3, m = 1. 38 shows a sectional view of an arrangement of a Three-stage Darlington transistor according to the third before preferred embodiment. As shown in Fig. 38 is in a front stage transistor chip TF a Kol Lector layer with high resistance 11 on a collector low resistance layer 12 is formed. A base region 21 of a transistor Q1 is in a loading rich A1 with an upper section of the collector layer high resistance 11 is formed, while an emitter region 31 selectively formed in a surface of the base region 21 is. This is followed by a front stage side panel gate electrode 51 on a surface of the collector layer formed with low resistance 12, and it becomes a pre the step side base electrode 61 on the base region 21 of transistor Q1 is formed, and it becomes a front stage side emitter electrode 71 on the emitter region 31 of the Transistor Q1 formed. The reference number 4 designates one Oxide film, reference numeral 18 denotes a protective ring, and reference numeral 19 denotes a channel stop. On the other hand, in a backstage side transi stor chip TR a collector layer with high resistance 13 on a surface of a low collector layer Resistor 14 formed. The base areas 22 and 23 of the Transistors Q2 and Q3 are one in regions A2 and A3 upper section of the collector layer with high resistance 13 are respectively formed, and emitter regions 32 and 33 are se formed selectively on surfaces of the base regions 22 and 23. This is followed by a backstage side collector elec trode 52 on the surface of the collector layer with low formed according to resistor 14, a back side side base elec trode 62 is ge on the base region 22 of the transistor Q2 forms, a back stage side emitter electrode 72 is on the emitter region 33 of the transistor Q3, and a Base-emitter connection electrode 82 is over the emitter region 32 of the transistor Q2 to the base region 23 of the Transistor Q3 formed. The reference number 4 designates one Oxide film, the reference numeral 18 a protective ring, the reference number 19 denotes a channel stop. The front stage side emitter electrode 71 and back stages side base electrode 62 are electrical by means of a Wiring 41 connected while the front step side col detector electrode 51 and backside side collector electrode 52 are electrically connected by means of a wiring 42. Thus, the front step side base electrode 61 acts as a base electrode of a three-stage Darlington transistor, the backside side emitter electrode 72 acts as one Emitter electrode, and the front stage side collector elec trode 51 and the reverse side collector electrode 52 we ken as collector electrodes. In the front stage side transistor chip TF is the collector gate resistance ρN⁻ of the collector layer with high resistance 11 set to 80 Ωcm, and its collector film thickness tN⁻ is set to 120 µm, and in the downgrade train sistor chip TR is the collector resistance ρN⁻ Collector layer with high resistance 13 turned to 45 Ωcm represents, and its collector film thickness tN⁻ is to 140 microns set. Thus, transistor Q1 meets the first Stage and the transistor Q2 of the second stage <Theory 2nd <. A transistor that the <Theory 1 <fulfilled is a two stage transistor Q2 or a three-stage transistor Q3 (r = 45/140 = about 0.32). 4-7. Method of manufacturing a device according to the third preferred embodiment Similar to the first preferred embodiment the front stage side transistor chip TF and the Reverse side transistor chip TR separately posed. 4-8. Arrangement of a device according to the fourth be preferred embodiment A Darlington transistor according to a fourth preferred Embodiment is equivalent to a case where M = 4, m = 3. Fig. 39 shows a schematic in a sectional view order of a four-stage Darlington transistor according to the fourth preferred embodiment. As in Fig. 39 is shown, is in a front-stage transistor chip TF a collector layer with high resistance 11 on a Kol lector layer with low resistance 12 is formed. There are base regions 21 to 23 of transistors Q1 to Q3 in areas A1 to A3 of an upper section of the collector High resistance gate layer 11 formed, while Emit ter areas 31 to 33 selectively in surfaces of the Basisbe rich 21 to 23 are formed. Furthermore, is a front step side collector electrode 51 on a surface of the Low resistance collector layer 12 formed, a Front step side base electrode 61 is on the base Rich 21 of transistor Q1 is formed, a front stage tenemitter electrode 71 is on the emitter region 33 of the Transistor Q3 formed a base-emitter connection elec Trode 81 is over the emitter region 31 of transistor Q1 to the base region 22 of the transistor Q2, and a Base-emitter connection electrode 83 is over the emitter region 32 of transistor Q2 to base region 23 of the Tran transistor Q3 connected. The reference number 4 designates a Oxide, reference numeral 18 denotes a guard ring, and reference numeral 19 denotes a channel stop. On the other hand, is in the reverse side transistor chip TR a collector layer with high resistance 13 a surface of a low resistance collector layer stood 14 formed. A base region 24 of a transistor Q4 is the area in an area A4 of an upper section High resistance gate layer 13 is formed, and an emit ter area 34 is selective on a surface of the base portion rich 24 formed. Then there will be a backstop side collector electrode 52 on the surface of the col low resistance layer 14 formed, a Reverse side base electrode 62 is on the base area 24 of the transistor Q4 is formed, a back stage side center Relectrode 72 is on the emitter region 34 of the transistor Q4 formed. The reference numeral denotes an oxide film, the Reference number 18 denotes a protective ring, the reference number fer 19 denotes a channel stop. The front stage side emitter electrode 71 and back stages side base electrode 62 are electrical by means of a Wiring 41 connected while the front step side col detector electrode 51 and backside side collector electrode 52 are electrically connected by means of a wiring 42. Thus, the front step side base electrode 61 acts as a base electrode of a four-stage Darlington transistor, the backside side emitter electrode 72 acts as one Emitter electrode, and the front stage side collector elec trode 51 and the reverse side collector electrode 52 we ken as collector electrodes. The collector is in the front-stage side transistor chip TF gate resistance ρN⁻ of the collector layer with high resistance 11 set to 80 Ωcm, and its collector film thickness tN⁻ is set to 120 µm, and in the downgrade train sistor chip TR is the collector resistance ρN⁻ Collector layer with high resistance 13 turned to 45 Ωcm represents, and its collector film thickness tN⁻ is to 140 microns set. Thus, transistor Q3 satisfies the third Stage and transistor Q4 of the fourth stage <Theory 2nd <. A transistor that the <Theory 1 <fulfilled is a four stage transistor Q4 (r = 45/140 = about 0.32). 4-9. Method of manufacturing a device according to the fourth preferred embodiment Similar to the first preferred embodiment the front stage side transistor chip TF and the Reverse side transistor chip TR separately posed. 4-10. Arrangement of a device according to a fifth preferred embodiment A Darlington transistor according to a fifth preferred Embodiment is equivalent to a case where M = 4, m = 2. 40 shows a sectional view of an arrangement of a Four-stage Darlington transistor according to the fifth before preferred embodiment. As shown in Fig. 40 is in a front stage transistor chip TF a Kol Lector layer with high resistance 11 on a collector low resistance layer 12 is formed. A base region 21 of a transistor Q1 is in a loading rich A1 with an upper section of the collector layer high resistance 11 is formed while a base region 22 a transistor Q2 is formed in an area A2, and Emitter regions 31 and 32 selectively in surfaces of the base areas 21 and 22 are formed. Furthermore is one Front stage side collector electrode 51 on a surface che of the low resistance collector layer 12 gebil det, and it is a front step side base electrode 61 formed on the base region 21 of the transistor Q1, and it is a front stage side emitter electrode 71 on the Emitter region 32 of transistor Q2 is formed, and it is a base emitter connection electrode 81 over the emitterbe rich 31 of transistor Q1 to the base region 22 of the Tran transistor Q2 formed. The reference number 4 designates one Oxide film, reference numeral 18 denotes a protective ring, and reference numeral 19 denotes a channel stop. On the other hand, in a backstage side transi stor chip TR a collector layer with high resistance 13 on a surface of a low collector layer Resistor 14 formed. The base areas 23 and 24 of the Transistors Q3 and Q4 are one in regions A3 and A4 upper section of the collector layer with high resistance 13 are respectively formed, and emitter regions 33 and 34 are se formed selectively on surfaces of the base regions 23 and 24. This is followed by a backstage side collector elec trode 52 on the surface of the collector layer with low formed according to resistor 14, a back side side base elec trode 62 is ge on the base region 23 of the transistor Q3 forms, a back stage side emitter electrode 72 is on the emitter region 34 of the transistor Q4, and a Base-emitter connection electrode 82 is over the emitter region 33 of the transistor Q3 to the base region 24 of the Transistor Q4 formed. The reference number 4 designates one Oxide film, the reference numeral 18 a protective ring, the reference number 19 denotes a channel stop. The front stage side emitter electrode 71 and back stages side base electrode 62 are electrical by means of a Wiring 41 connected while the front step side col detector electrode 51 and backside side collector electrode 52 are electrically connected by means of a wiring 42. Thus, the front step side base electrode 61 acts as a base electrode of a four-stage Darlington transistor, the backside side emitter electrode 72 acts as one Emitter electrode, and the front stage side collector elec trode 51 and the reverse side collector electrode 52 we ken as collector electrodes. In the front stage side transistor chip TF is the collector gate resistance ρN⁻ of the collector layer with high resistance 11 set to 80 Ωcm, and its collector film thickness tN⁻ is set to 120 µm, and in the downgrade train sistor chip TR is the collector resistance ρN⁻ Collector layer with high resistance 13 turned to 45 Ωcm represents, and its collector film thickness tN⁻ is to 140 microns set. Thus, transistor Q2 satisfies the second Stage and the transistor Q3 of the third stage <Theory 2nd <. Transistors that the <Theory 1 <are a three stage transistor Q3 or a four-stage transistor Q4 (r = 45/140 = about 0.32). 4-11. Method of manufacturing a device according to the fifth preferred embodiment Similar to the first preferred embodiment the front stage side transistor chip TF and the Reverse side transistor chip TR separately posed. 4-12. Arrangement of a device according to a sixth preferred embodiment A Darlington transistor according to a third preferred Embodiment is equivalent to a case where M = 4, m = 1. 41 shows an arrangement of a Four-stage Darlington transistor according to the sixth before preferred embodiment. As shown in Fig. 41 is in a front stage transistor chip TF a Kol Lector layer with high resistance 11 on a collector low resistance layer 12 is formed. A base region 21 of a transistor Q1 is in a loading rich A1 with an upper section of the collector layer high resistance 11 is formed, while an emitter region 31 selectively formed in a surface of the base region 21 is. Furthermore, there is a front stage side collector elec trode 51 on a surface of the collector layer with low Riges resistor 12 is formed, and it becomes a pre the step side base electrode 61 on the base region 21 of transistor Q1 is formed, and it is a front stage side emitter electrode 71 on the emitter region 32 of the Transistor Q2 formed. The reference number 4 designates one Oxide film, reference numeral 18 denotes a protective ring, and reference numeral 19 denotes a channel stop. On the other hand is in a backstage side transi stor chip TR a collector layer with high resistance 13 on a surface of a low collector layer Resistor 14 formed. The base areas 22 to 24 of the Transistors Q2 to Q4 are one in areas A2 to A4 upper section of the collector layer with high resistance 13 each formed, and emitter regions 32 to 34 are se formed selectively on surfaces of the base regions 22 and 24. This is followed by a backstage side collector elec trode 52 on the surface of the collector layer with low formed according to resistor 14, a back side side base elec trode 62 is ge on the base region 22 of the transistor Q2 forms, a back stage side emitter electrode 72 is on the emitter region 34 of the transistor Q4, and a Base-emitter connection electrode 82 is over the emitter region 32 of the transistor Q2 to the base region 24 of the Transistor Q4 formed. The reference number 4 designates one Oxide film, the reference numeral 18 a protective ring, the reference number 19 denotes a channel stop. The front stage side emitter electrode 71 and back stages side base electrode 62 are electrical by means of a Wiring 41 connected while the front step side col detector electrode 51 and backside side collector electrode 52 are electrically connected by means of a wiring 42. Thus, the front step side base electrode 61 acts as a base electrode of a four-stage Darlington transistor, the backside side emitter electrode 72 acts as one Emitter electrode, and the front stage side collector elec trode 51 and the reverse side collector electrode 52 we ken as collector electrodes. In the front stage side transistor chip TF is the collector gate resistance ρN⁻ of the collector layer with high resistance 11 set to 80 Ωcm, and its collector film thickness tN⁻ is set to 120 µm, and in the downgrade train sistor chip TR is the collector resistance ρN⁻ Collector layer with high resistance 13 turned to 45 Ωcm and its collector film thickness ρN⁻ is 140 µm set. The transistor Q1 thus fulfills the first Stage and the transistor Q2 of the second stage <Theory 2nd <. Transistors that the <Theory 1 <are two stage transistor, a three stage transistor and a four stage transistor Q2, Q3 and Q4 (r = 45/140 = about 0.32). 4-13. Method of manufacturing a device according to the sixth preferred embodiment Similar to the first preferred embodiment the front stage side transistor chip TF and the Reverse side transistor chip TR separately posed. 4-14. Arrangement of a device according to a seventh preferred embodiment A Darlington transistor according to a seventh preferred Embodiment is equivalent to a case where M = 4, i = 1, 2, 3. 42 shows a sectional view of an arrangement of a Three-stage Darlington transistor according to the seventh ahead preferred embodiment. The three-stage Darlington train sistor has three transistor chips, namely transistor chips TN1, TN2 and TN3 of the first stage, the second stage and the third stage. As shown in Fig. 42, is a Kol in a transistor chip TN1 of the first stage Lector layer with high resistance 11 on a collector low resistance layer 12 is formed. A basic term Range 21 of a transistor Q1 is in a range A1 upper section of the collector layer with high resistance 11, while an emitter region 31 selectively in a Surface of the base region 21 is formed. Furthermore is a collector electrode of the first stage 51 on one Surface of the low resistance collector layer 12 is formed, and it is a base electrode of the first stage 61 formed on the base region 21 of the transistor Q1, and it is an emitter electrode of the first stage 71 on the Emitter region 32 of transistor Q2 is formed. The reference numeral 4 denotes an oxide film, the reference numeral 18 be draws a guard ring, and reference numeral 19 denotes net a channel stop. On the other hand, is in the transistor chip TN2 second stage, a high resistance collector layer 13 on a surface of a low collector layer Resistor 14 formed. A base region 22 of the transistor Q2 is an area A2 of an upper portion of the collector High resistance gate layer 13 is formed, and an emit The region 32 is selective in a surface of the base region rich 22 formed. Then a collector Second stage electrode 52 on the surface of the col low resistance layer 14 formed a Ba Second stage sis electrode 62 is on the base area 22 of transistor Q2 is formed, and a back stage side Emitter electrode 72 is on the emitter region 32 of the Transistor Q2 formed. The reference number 4 designates one Oxide film, the reference numeral 18 a protective ring, the reference number 19 denotes a channel stop. In the transistor chip of the third stage TN3 is a Kol High resistance detector layer 15 on a collector layer with low resistance 16 formed. A basic term region 23 of a transistor Q3 is in a region A3 upper section of the collector layer with high resistance 15, and an emitter region 33 is selective in one Surface of a base region 23 is formed. A collector third stage electrode 53 is on a surface of the Low resistance collector layer 16 formed, a Third stage base electrode 63 is on the base region 23 of transistor Q3 is formed, and an emitter electrode the third stage 73 is on the emitter region 33 of the tran transistor Q3 formed. The reference number 4 designates one Oxide film, reference numeral 18 denotes a protective ring and reference numeral 19 denotes a channel stop. The first stage emitter electrode 71 and the base electrode Trode of the second stage 62 are by means of wiring 41 electrically connected, the collector electrode of the second Stage 72 and the base electrode of the third stage 63 electrically connected by wiring 43, and the collector electrode of the first stage 51, the collector second stage electrode 52, and the collector electrode 53 of the third stage are together by means of a Ver wire 44 electrically connected. This is how the basic electrode works trode of the first stage 61 as a base electrode Three-stage Darlington transistor, the emitter electrode of the third stage 73 acts as its emitter electrode, and the First stage collector electrodes 51, the collector electrodes trode of the second stage 52, and the collector electrode of the second stage 52, and the collector electrode of the third Stage 53 act as its collector electrodes. In which The first stage transistor chip TN1 is the collector resistor stood ρN⁻ of the collector layer with high resistance 11 80 Ωcm is set, and its collector film thickness is TN⁻ set to 120 µm; in the transistor chip the second Level TN2 is the collector resistance ρN⁻ the collector layer with high resistance 13 set to 60 Ωcm, and whose collector film thickness TN⁻ is set to 130 µm; the transistor chip of the third stage TN3 is the collector gate resistance ρN⁻ of the collector layer with high resistance 13 set to 45 Ωcm, and its collector film thickness TN⁻ is set to 140 µm. Thus, transistor Q1 the first stage and the transistor Q2 the second stage <Theory 2 <. The transistors that the <Theory 2 <fulfill len, the second stage transistor Q2 and a Tran third stage sistor Q3. Transistors which the <Theory 1 <are the Second stage transistor Q2 (r = 60/130 = about 0.46) and the third stage transistor Q3 (r = 45/140 = about 0.32). 4-15. Method of manufacturing a device according to the seventh preferred embodiment Similar to the first preferred embodiment the transistor chip of the first stage TN1, the Transi second stage storchip TN2 and the transistor chip third stage TN3 manufactured separately. 4-16. Arrangement of a device according to an eighth be preferred embodiment A Darlington transistor according to an eighth preferred Embodiment is equivalent to a case where M = 4, i = 1, 2, 3, 4. 43 shows a sectional view of an arrangement of a Four-stage Darlington transistor according to the eighth before preferred embodiment. The four-stage Darlington train sistor has four transistor chips, namely transistor chips TN1, TN2, TN3 and TN4 of the first stage, the second Stage, third stage and fourth stage and four Transistor chips. As shown in Fig. 43, in a transistor chip TN1 of the first stage Lector layer with high resistance 11 on a collector low resistance layer 12 is formed. A basic term Range 21 of a transistor Q1 is in a range A1 upper section of the collector layer with high resistance 11 is formed while an emitter region 31 is selective in a surface of the base portion 21 is formed. Furthermore is a collector electrode of the first stage 51 on one Surface of the low resistance collector layer 12 is formed, and it is a base electrode of the first stage 61 formed on the base region 21 of the transistor Q1, and it is an emitter electrode of the first stage 71 on the Emitter region 32 of transistor Q2 is formed. The reference numeral 4 denotes an oxide film, the reference numeral 18 be draws a guard ring, and reference numeral 19 denotes net a channel stop. On the other hand, is in the transistor chip TN2 second stage, a high resistance collector layer 13 on a surface of a low collector layer Resistor 14 formed. A base region 22 of the transistor Q2 is an area A2 of an upper portion of the collector High resistance gate layer 13 is formed, and an emit The region 32 is selective in a surface of the base region rich 22 formed. Then a collector Second stage electrode 52 on the surface of the col low resistance layer 14 formed a Ba Second stage sis electrode 62 is on the base area 22 of transistor Q2 is formed, and a back stage side Emitter electrode 72 is on the emitter region 32 of the Transistor Q2 formed. The reference number 4 designates one Oxide film, the reference numeral 18 a protective ring, the reference number 19 denotes a channel stop. In the transistor chip of the third stage TN3 is a Kol High resistance detector layer 15 on a collector layer with low resistance 16 formed. A basic term region 23 of a transistor Q3 is in a region A3 upper section of the collector layer with high resistance 15, and an emitter region 33 is selective in one Surface of a base region 23 is formed. A collector third stage electrode 53 is on a surface of the Low resistance collector layer 16 formed, a Third stage base electrode 63 is on the base region 23 of transistor Q3 is formed, and an emitter electrode the third stage 73 is on the emitter region 33 of the tran transistor Q3 formed. The reference number 4 designates one Oxide film, reference numeral 18 denotes a protective ring and reference numeral 19 denotes a channel stop. In the transistor chip of the fourth stage TN4 is a Kol High resistance detector layer 17 on a collector Low resistance layer 28 is formed. A basic term Range 24 of a transistor Q4 is one in an area A4 upper section of the collector layer with high resistance 17, and an emitter region 34 is selective in one Surface of a base region 24 is formed. A collector fourth stage electrode 54 is on a surface of the Low resistance collector layer 28 formed, a Fourth stage base electrode 64 is on the base region 24 of transistor Q4 is formed, and an emitter electrode the fourth stage 74 is on the emitter region 34 of the tran transistor Q4 formed. The reference number 4 designates one Oxide film, reference numeral 18 denotes a protective ring and reference numeral 19 denotes a channel stop. The first stage emitter electrode 71 and the base electrode Trode of the second stage 62 are by means of wiring 41 electrically connected, the collector electrode of the second Stage 72 and the base electrode of the third stage 63 electrically connected by wiring 43 which Third stage emitter electrode 73 and the base electrode 64 of the fourth stage are by means of a wiring 45 electrically connected, and the collector electrode of the first Stage 51, the collector electrode of the second stage 52, the Third stage collector electrode 53 and the collector fourth stage electrodes 54 are common by means of egg ner wiring 46 electrically connected. So that works Base electrode of the first stage 61 as a base electrode of a four-stage Darlington transistor, the Emitterelek fourth stage trode 74 acts as its emitter electrode trode, and the collector electrodes of the first stage 51, the Second stage collector electrode 52, and the collector third stage electrode 53, and the collector electrode the fourth stage 54 act as its collector electrodes. In the transistor chip of the first stage TN1 Collector resistance ρN⁻ of the collector layer with high Wi 11 was set to 100 Ωcm, and its collector film thickness ρN⁻ is set to 100 µm; at the transi Second stage storchip TN2 is the collector resistance the collector layer with high resistance 13 to 80 Ωcm is set, and its collector film thickness ρN⁻ is set to 120 µm set; in the third-stage transistor chip TN3 is the collector resistance ρN⁻ of the collector layer with high resistance 13 set to 60 Ωcm, and its Kol lector film thickness ρN⁻ is set to 140 µm, and at the Fourth stage transistor chip TN4 is the collector resistor stood ρN⁻ of the collector layer with high resistance 17 45 Ωcm, and its collector film thickness ρN⁻ on 160 µm set. Thus, the transistor Q1 meet the most stage and transistor Q2 of the second stage <Theory 2 <. The transistors that the <Theory 2 <fulfill len, the second stage transistor Q2 and a Tran sistor Q3 of the third stage, and transistors which the <Theory 2 <transistor Q3 are the third Stage and transistor Q4 of the fourth stage. Transistors which the <Theory 1 <are the Third stage transistor Q3 (r = 60/130 = about 0.46) and the fourth stage transistor Q4 (r = 45/160 = about 0.28). 4-17. Method of manufacturing a device according to the eighth preferred embodiment Similar to the first preferred embodiment the transistor chip of the first stage TN1, the Transi second stage storchip TN2, the third stage transistor chip th stage TN3, and the transistor chip of the fourth stage TN4 made separately. 5. Extent to which the effects of the theory <2-1 < be achieved Before the first, second, fourth, seventh and eighth preferred embodiments is the transistor chip last stage formed as a single transistor, and it will the <Theory 2-1 <between the transistor of the last stage and a front stage transistor of the last stage. As shown by curve L15 in FIG. 11, can be a breakthrough limit in an extreme case good high voltage range can be obtained without the limit deteriorate against short circuit. On the other hand, the third, fifth and sixth most preferred embodiment of the transistor chip last stage by two or more transistors det, and it will be the <Theory 2-1 <between the transistor the last stage and the front stage transistor of the last Level not met. In this case, one becomes so extreme good high voltage property according to curve L15 in FIG. 11 not achieved. However, the <Theory 2-1 <between at least least another front stage transistor and back stages transistor fulfilled as the transistor of the last stage and the front stage transistor of the last stage, and consequently will get better high voltage property in ver equal to a Darlington transistor according to the one gangs described manner is formed. 6. Variations There is no need for <Theory 2-1 <and <Theory 2-2 Absolutely according to the present invention must be applied simultaneously, whereby <Theory 2-1 < can also be used alone. The Darlington transistor according to the present invention can either be on an NPN transistor or a PNP tran sistor can be applied. The transistor according to an arrangement <Theory 1 <can not just applied to a Darlington transistor, but also on a single bipolar transistor or a bipolar transistor that connects in a different way that is. As has been described, a bipolar transistor according to claim 1 and one according to that in claim 4 bipolar transistor produced a ratio nis ρ / t of a resistance ρ (Ωcm) of a collector layer with high resistance to the film thickness t (µm) the collector layer with high resistance immediately below a Ba sis range of 0.6 or below, so that a High voltage property can be improved. As a result of this, a high voltage property can High voltage power bipolar transistor who improved the. Furthermore, a Darlington transistor according to claim 2 and a Darlington transistor according to the manufacturing ver drive according to claim 5 a resistance of a first collector High resistance gate layer of a front stage bipolar transistor that is larger than a resistance of one second collector layer with high resistance of a backstop fenbipolar transistor, and thus can be a permanent limit against breakdown in a good high voltage range without the safety limit with regard to a Short circuit to deteriorate.
Claims (18)
einer Kollektorschicht mit niedrigem Widerstand;
einer auf der Kollektorschicht mit niedrigem Widerstand gebildeten Kollektorschicht mit hohem Widerstand, deren Widerstand höher eingestellt ist als der Widerstand der Kollektorschicht mit niedrigem Widerstand;
einem Basisbereich, der in einer Oberfläche der Kollek torschicht mit hohem Widerstand gebildet ist; und
einem in einer Oberfläche des Basisbereichs gebildeten Emitterbereich; und
wobei ein Verhältnis ρ/t eines Widerstands ρ (Ωcm) der Kollektorschicht mit hohem Widerstand zu einer Filmdicke t (µm) der Kollektorschicht mit hohem Wider stand unmittelbar unterhalb des Basisbereichs 0,6 oder geringer ist.1. Bipolar transistor with
a low resistance collector layer;
a high resistance collector layer formed on the low resistance collector layer, the resistance of which is set higher than the resistance of the low resistance collector layer;
a base region formed in a surface of the high resistance collector layer; and
an emitter region formed in a surface of the base region; and
wherein a ratio ρ / t of a resistance ρ (Ωcm) of the high resistance collector layer to a film thickness t (µm) of the high resistance collector layer was immediately below the base region 0.6 or less.
eine auf dem Emitterbereich gebildete Emitterelektrode aufweist. 2. Bipolar transistor according to claim 1, characterized in that it further has a ge formed on the base region base electrode; and
has an emitter electrode formed on the emitter region.
einem auf einem ersten Halbleitersubstrat gebildeten ersten Bipolartransistor; und
einem auf einem zweiten Halbleitersubstrat gebildeten zweiten Bipolartransistor;
wobei der erste und zweite Bipolartransistor in Dar lingtonschaltung verbunden sind, die eine Vorderstufe des ersten Bipolartransistors und eine Rückstufe des zweiten Bipolartransistors aufweist;
wobei der erste Bipolartransistor eine erste Kollektor schicht mit niedrigem Widerstand, eine erste Kollek torschicht mit hohem Widerstand, die auf der ersten Kollektorschicht mit niedrigem Widerstand gebildet ist und deren Widerstand höher eingestellt ist als der Wi derstand der ersten Kollektorschicht mit niedrigem Wi derstand, einen ersten Basisbereich, der in einer Ober fläche der ersten Kollektorschicht mit hohem Widerstand gebildet ist, und einen ersten Emitterbereich, der in einer Oberfläche des ersten Basisbereichs gebildet ist, aufweist;
wobei der zweite Bipolartransistor eine zweite Kollektorschicht mit niedrigem Widerstand, eine zweite Kollektorschicht mit hohem Widerstand, die auf der zweiten Kollektorschicht mit niedrigem Widerstand ge bildet ist und deren Widerstand höher eingestellt ist als der Widerstand der zweiten Kollektorschicht mit niedrigem Widerstand, einen zweiten Basisbereich, der in einer Oberfläche der zweiten Kollektorschicht mit hohem Widerstand gebildet ist, und einen zweiten Emitterbereich, der in einer Seite des zweiten Basisbe reichs gebildet ist, aufweist; und
wobei der Widerstand der ersten Kollektorschicht mit hohem Widerstand größer eingestellt ist als ein Wider stand der zweiten Kollektorschicht mit hohem Wider stand.3. Darlington transistor with
a first bipolar transistor formed on a first semiconductor substrate; and
a second bipolar transistor formed on a second semiconductor substrate;
wherein the first and second bipolar transistors are connected in Dar lington circuit having a front stage of the first bipolar transistor and a back stage of the second bipolar transistor;
wherein the first bipolar transistor comprises a first low resistance collector layer, a first high resistance collector layer formed on the first low resistance collector layer and the resistance of which is set higher than the resistance of the first low resistance collector layer, a first Base region formed in a surface of the first high resistance collector layer and having a first emitter region formed in a surface of the first base region;
wherein the second bipolar transistor has a second low resistance collector layer, a second high resistance collector layer formed on the second low resistance collector layer and the resistance of which is set higher than the resistance of the second low resistance collector layer, a second base region which is formed in a surface of the second high resistance collector layer and has a second emitter region formed in one side of the second base region; and
wherein the resistance of the first high resistance collector layer is set larger than a resistance of the second high resistance collector layer.
ein Transistor der m-ten Stufe (1 m < X) als Vorder stufentransistor vorgesehen ist; und
ein Transistor der (m+1)-ten Stufe als Rückstufentran sistor vorgesehen ist.5. Darlington transistor according to claim 4, characterized in that first to M-th (M integer equal to 2 or higher) transistors are connected in a Darlington circuit,
a transistor of the m-th stage (1 m <X) is provided as a front-stage transistor; and
a transistor of the (m + 1) th stage is provided as a Rückstufentran transistor.
M = 2 und m = 1 ist;
der Widerstand eines Transistors der ersten Stufe des Vorderstufentransistors 110 Ωcm und die Filmdicke 110 µm beträgt; und
der Widerstand eines Transistors der zweiten Stufe des Rückstufentransistors 45 Ωcm und die Filmdicke 160 µm beträgt.6. Darlington transistor according to claim 5, characterized in that
M = 2 and m = 1;
the resistance of a first stage transistor of the front stage transistor is 110 Ωcm and the film thickness is 110 µm; and
the resistance of a transistor of the second stage of the down-stage transistor is 45 Ωcm and the film thickness is 160 µm.
M = 3 und m = 1 ist;
der Widerstand eines Transistors der ersten Stufe des Vorderstufentransistors 120 Ωcm und die Filmdicke 80 µm beträgt; und
der Widerstand eines Transistors der zweiten Stufe des Rückstufentransistors 45 Ωcm und die Filmdicke 140 µm beträgt.7. Darlington transistor according to claim 5, characterized in that
M = 3 and m = 1;
the resistance of a transistor of the first stage of the front-stage transistor is 120 Ωcm and the film thickness is 80 µm; and
the resistance of a transistor of the second stage of the down-stage transistor 45 Ωcm and the film thickness is 140 microns.
x = 4 und m = 3 ist;
der Widerstand eines Transistors der dritten Stufe des Vorderstufentransistors 120 Ωcm und die Filmdicke 80 µm beträgt; und
der Widerstand eines Transistors der vierten Stufe des Rückstufentransistors 45 Ωcm und die Filmdicke 140 µm beträgt.8. Darlington transistor according to claim 5, characterized in that
x = 4 and m = 3;
the resistance of a third stage transistor of the front stage transistor is 120 Ωcm and the film thickness is 80 µm; and
the resistance of a fourth-stage transistor of the down-stage transistor is 45 Ωcm and the film thickness is 140 µm.
M = 4 und m = 2 ist;
der Widerstand eines Transistors der zweiten Stufe des Vorderstufentransistors 120 Ωcm und die Filmdicke 80 µm beträgt; und
der Widerstand eines Transistors der dritten Stufe des Rückstufentransistors 45 Ωcm und die Filmdicke 140 µm beträgt.9. Darlington transistor according to claim 5, characterized in that
M = 4 and m = 2;
the resistance of a second stage transistor of the front stage transistor is 120 Ωcm and the film thickness is 80 µm; and
the resistance of a transistor of the third stage of the step-down transistor 45 Ωcm and the film thickness is 140 microns.
M = 4 und m = 1 ist;
der Widerstand eines Transistors der ersten Stufe des Vorderstufentransistors 120 Ωcm und die Filmdicke 80 µm beträgt; und
der Widerstand eines Transistors der zweiten Stufe des Rückstufentransistors 45 Ωcm und die Filmdicke 140 µm beträgt.10. Darlington transistor according to claim 5, characterized in that
M = 4 and m = 1;
the resistance of a transistor of the first stage of the front-stage transistor is 120 Ωcm and the film thickness is 80 µm; and
the resistance of a transistor of the second stage of the down-stage transistor 45 Ωcm and the film thickness is 140 microns.
einem ersten Schritt zur Bildung einer Kollektorschicht mit hohem Widerstand auf einer Kollektorschicht mit niedrigem Widerstand derart, daß deren Widerstand größer eingestellt wird als der Widerstand der Kollek torschicht mit niedrigem Widerstand;
einem zweiten Schritt zur Bildung eines Basisbereichs in einer Oberfläche der Kollektorschicht mit hohem Wi derstand; und
einem dritten Schritt zur Bildung eines Emitterbereichs in einer Oberfläche des Basisbereichs;
wobei ein Verhältnis ρ/t des Widerstands ρ (Ωcm) der Kollektorschicht mit hohem Widerstand zu der Filmdicke t (µm) der Kollektorschicht mit hohem Widerstand unmit telbar unterhalb des Basisbereichs 0,6 oder geringer ist.11. Method for producing a bipolar transistor with
a first step of forming a high resistance collector layer on a low resistance collector layer such that its resistance is set larger than the resistance of the low resistance collector layer;
a second step of forming a base region in a high resistance surface of the collector layer; and
a third step of forming an emitter region in a surface of the base region;
wherein a ratio ρ / t of the resistance ρ (Ωcm) of the high resistance collector layer to the film thickness t (µm) of the high resistance collector layer is directly below the base region 0.6 or less.
einem vierten Schritt zur Bildung einer Basiselektrode auf dem Basisbereich; und
einem fünften Schritt zur Bildung einer Emitterelek trode auf dem Emitterbereich.12. A method for producing a bipolar transistor according to claim 11, subsequent to the third step further with
a fourth step of forming a base electrode on the base region; and
a fifth step to form an emitter electrode on the emitter region.
Herstellung eines einkristallinen Siliziumstabs;
Bestrahlung des einkristallinen Siliziumstabs mit Neu tronen, um einen Bereich mit hohem Widerstand in dem einkristallinen Siliziumstab zu bilden;
Schneiden des monokristallinen Siliziumstabs in ein aus dem Bereich mit hohem Widerstand gebildeten Halbleiter substrat;
Einführung einer Verunreinigung in Vorder- und Rück seite des Halbleitersubstrats, um einen Bereich mit niedrigem Widerstand in der Vorder- und Rückseite des Halbleitersubstrats zu bilden; und
Schneiden des in der Oberfläche des Halbleitersubstrats gebildeten Bereichs mit niedrigem Widerstand, um den in dem Halbleitersubstrat verbleibenden Bereich mit hohem Widerstand als die Kollektorschicht mit hohem Wider stand zu definieren und den in der Rückseite des Halb leiters gebildeten Bereich mit niedrigem Widerstand als die Kollektorschicht mit niedrigem Widerstand zu defi nieren.13. A method for producing a bipolar transistor according to claim 11, characterized in that the first step comprises the steps:
Manufacture of a single crystal silicon rod;
Irradiating the single crystal silicon rod with neutrons to form a high resistance region in the single crystal silicon rod;
Cutting the monocrystalline silicon rod into a semiconductor substrate formed from the high-resistance region;
Introducing contamination in the front and back of the semiconductor substrate to form a low resistance region in the front and back of the semiconductor substrate; and
Cutting the low resistance region formed in the surface of the semiconductor substrate to define the high resistance region remaining in the semiconductor substrate as the high resistance collector layer and the low resistance region formed in the back of the semiconductor as the low resistance collector layer Define resistance.
Herstellung eines aus einem Bereich mit niedrigem Wi derstand gebildeten Halbleitersubstrats; und
Bilden einer aus einem Bereich mit hohem Widerstand ge bildeten Schicht auf dem Halbleitersubstrat durch epi taktisches Aufwachsen um das Halbleitersubstrat mit Ausnahme der Schicht als die Kollektorschicht mit nied rigem Widerstand zu definieren und die Schicht als die Kollektorschicht mit hohem Widerstand zu definieren.14. A method for producing a bipolar transistor according to claim 11, characterized in that the first step comprises the steps:
Producing a semiconductor substrate formed from a low-resistance region; and
Forming a layer formed from a high resistance area on the semiconductor substrate by epitaxial growth to define the semiconductor substrate except for the layer as the low resistance collector layer and to define the layer as the high resistance collector layer.
Bilden eines Oxidfilms auf einer Oberfläche der Kollektorschicht mit hohem Widerstand;
Strukturieren des Oxidfilms; und
Diffundieren einer Verunreinigung eines vorgegebenen Leitfähigkeitstyps bis zu einer bestimmten Tiefe in der Kollektorschicht mit hohem Widerstand in einer oxidierenden Atmosphäre, um den Basisbereich zu bilden. 15. A method for producing a bipolar transistor according to claim 13, characterized in that the second step comprises the steps:
Forming an oxide film on a surface of the high resistance collector layer;
Patterning the oxide film; and
Diffusing an impurity of a given conductivity type to a certain depth in the high resistance collector layer in an oxidizing atmosphere to form the base region.
Bilden eines Oxidfilms auf einer Oberfläche der Kollektorschicht mit hohem Widerstand;
Strukturieren des Oxidfilms; und
Diffundieren einer Verunreinigung eines vorgegebenen, von dem vorgegebenen Typ unterschiedlichen Leitfähig keitstyp bis zu einer bestimmten Tiefe in der Kollek torschicht mit hohem Widerstand in einer oxidierenden Atmosphäre, um den Emitterbereich zu bilden.16. A method for producing a bipolar transistor according to claim 15, characterized in that the third step comprises the steps:
Forming an oxide film on a surface of the high resistance collector layer;
Patterning the oxide film; and
Diffusing an impurity of a given conductivity type different from the given type to a certain depth in the collector layer with high resistance in an oxidizing atmosphere to form the emitter region.
Bilden eines ersten Bipolartransistors in einem ersten Halbleitersubstrat;
Bilden eines zweiten Bipolartransistors in einem zwei ten Halbleitersubstrat;
Anordnen des ersten und zweiten Bipolartransistors in einer Darlington-Schaltung, mit einer Vorderstufe des ersten Bipolartransistors und einer Rückstufe des zwei ten Bipolartransistors; wobei der Schritt zum Bilden des ersten Bipolartransistors die Schritte zum Bilden einer Kollektorschicht mit hohem Widerstand auf einer ersten Kollektorschicht mit niedrigem Widerstand, um deren Widerstand höher einzustellen als einen Wider stand der ersten Kollektorschicht mit niedrigem Wider stand; Bilden eines ersten Basisbereichs in einer Ober fläche der ersten Kollektorschicht mit hohem Wider stand; und Bilden eines ersten Emitterbereichs in einer Oberfläche des ersten Basisbereich aufweist;
wobei der Schritt zum Bilden des zweiten Bipolartransi stors die Schritte zum Bilden einer Kollektorschicht mit hohem Widerstand auf einer zweiten Kollektorschicht mit niedrigem Widerstand, um deren Widerstand höher einzustellen als einen Widerstand der zweiten Kollek torschicht mit niedrigem Widerstand; und Bilden eines zweiten Basisbereichs in einer Oberfläche der zweiten Kollektorschicht mit hohem Widerstand; und Bilden eines zweiten Emitterbereichs in einer Oberfläche des zweiten Basisbereichs; wobei der Widerstand der ersten Kollek torschicht mit hohem Widerstand höher eingestellt wird als der Widerstand der zweiten Kollektorschicht mit ho hem Widerstand aufweist.17. A method of manufacturing a Darlington transistor comprising the steps of:
Forming a first bipolar transistor in a first semiconductor substrate;
Forming a second bipolar transistor in a second semiconductor substrate;
Arranging the first and second bipolar transistors in a Darlington circuit, with a front stage of the first bipolar transistor and a back stage of the second bipolar transistor; wherein the step of forming the first bipolar transistor includes the steps of forming a high resistance collector layer on a first low resistance collector layer to set its resistance higher than a resistance of the first low resistance collector layer; Forming a first base region in a surface of the first collector layer with high resistance; and forming a first emitter region in a surface of the first base region;
wherein the step of forming the second bipolar transistor includes the steps of forming a high resistance collector layer on a second low resistance collector layer to set its resistance higher than a resistance of the second low resistance collector layer; and forming a second base region in a surface of the second high resistance collector layer; and forming a second emitter region in a surface of the second base region; wherein the resistance of the first collector layer having a high resistance is set higher than the resistance of the second collector layer having a high resistance.
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Legal Events
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
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